Az oxidatív stressz bizonyítottan szerepet játszik az ischaemia indukálta neuronális károsodás patomechanizmusában. A prooxidáns rendszer aktivációjának dinamikája és következménye eltérő a különböző ischaemia-modellekben. A ciklooxigenáz (COX) és a nitrogén-monoxid-szintáz (NOS) enzimek különböző izoformáinak kísérletes agyi ischaemiában betöltött szerepét széles körben vizsgálták. A COX-2 enzim upregulációja szuperoxid-anionok termelése révén káros hatású az ischaemiás agyszövetre, ugyanakkor enyhébb hipoperfúzióban gátlása ellentmondásos eredményekhez vezet, míg bazális expressziójának hosszú távú csökkentése egyértelműen káros. A nitrogén-monoxid (NO) agyi ischaemiában betöltött jótékony vagy kártékony szerepét valószínűleg termelésének mennyisége, időbeli dinamikája és helye határozza meg. Ezek alapján az indukálható NOS peroxinitrit-termelése révén bizonyítottan káros hatású, míg az endothelialis NOS által termelt NO segíti az agyi hipoperfúzió kompenzációját. Antioxidáns kezelési lehetőségek közé tartozik a (1) szabad gyökök termelésének csökkentése a prooxidáns enzimek gátlásával, (2) degradációjuk gyorsítása antioxidáns enzim-mimetikumokkal, vagy (3) szabadgyök-fogó, enzimfüggetlen antioxidáns molekulák alkalmazása. A szabad gyökök kis koncentrációja szükséges az élettani funkciókhoz, ami nehezíti az antioxidáns kezelés tervezését, hiszen elsősorban a nagy reaktivitású citotoxikus származékok, mint a hidroxilgyök vagy a peroxinitrit, és az általuk indított oxidatív láncreakciók gátlása a cél az élettanilag fontos reaktív származékok bazális koncentrációjának csökkentése nélkül. Az a-tokoferol az oxidatív láncreakciók letörése, a hidrogén pedig a hidroxilgyök szelektív megkötése révén fejti ki antioxidáns hatását, így ezen antioxidánsok agyi ischaemiában terápiás jelentőséggel bírhatnak.