Le stress oxydant est impliqué dans les mécanismes de mort cellulaire lors des maladies neurodégénératives. La maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson idiopathique et la sclérose latérale amyotrophique sont les plus fréquentes de ces affections. Dans ces trois cas, les marqueurs du stress oxydant sont anormaux. Lors de la maladie d'Alzheimer, le stress oxydant joue un rôle aussi bien dans l'hypothèse étiologique liée à la protéine béta-amyloïde que dans l'hypothèse inflammatoire ou celle des troubles neuronaux du métabolisme calcique et/ou des fonctions mitochondriales. De nombreux composés à effets anti-oxydants ont des effets favorables. C'est la cas de la vitamine E, de la sélégiline (inhibiteur de la mono-amine oxydase B ayant de possibles effets anti-oxydants), de la vitamine C, de l'extrait de Ginkgo Biloba, des anti-inflammatoires non stéroïdiens, des oestrogènes et d'un chélateur du fer. Lors de la sclérose latérale amyotrophique, les principales hypothèses évoquées sont une atteinte excitotoxique due au glutamate induisant des troubles du métabolisme calcique neuronal, ainsi que l'hypothèse génétique (mutations du gène codant pour la superoxyde dismutase de type 1). Parmi les nombreuses substances anti-oxydantes qui ont été testées chez l'homme, seule la vitamine E en association avec un antiglutamate, le riluzole, aurait un effet favorable. La pathogénie de la maladie de Parkinson idiopathique implique le stress oxydant dans la mort des neurones dopaminergiques de la substance noire. Les principaux arguments sont l'augmentation des concentrations en fer, l'inhibition du complexe I de la chaîne respiratoire et l'altération des systèmes protecteurs. Le syndrome parkinsonien induit par la neurotoxine 1-méthyl-4phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine est lié à une inhibition du complexe I. L'étude DATATOP a montré l'efficacité de la sélégiline, mais aucun effet favorable de la vitamine E.