Nadtlenki organiczne to związek organiczny zawierający nadtlenkową grupę funkcyjną (ROOR'). Jeśli R' oznacza wodór, związki te nazywane są wodoronadtlenkami, które omówiono w tym artykule. Perestry są nadtlenowymi analogami estrów i mają ogólną strukturę RC (O) OOR. Wiązanie OO nadtlenków łatwo ulega zerwaniu, tworząc wolne rodniki w postaci RO • (kropki oznaczają niesparowane elektrony). Dlatego nadtlenki organiczne mogą być stosowane jako inicjator niektórych rodzajów polimeryzacji, takich jak żywica epoksydowa stosowana w tworzywach sztucznych wzmacnianych włóknem szklanym. Do tego celu powszechnie stosuje się MEKP i nadtlenek benzoilu. Jednak te same właściwości oznaczają również, że nadtlenki organiczne mogą celowo lub nieumyślnie inicjować wybuchową polimeryzację w materiałach z nienasyconym wiązaniem chemicznym, proces stosowany w materiałach wybuchowych. nadtlenki organiczne,
Długość wiązania OO w nadtlenkach wynosi około 1,45 Å, a kąt ROO (R=H, C) wynosi około 110 stopni (podobny do wody). Zazwyczaj C − O − O − R (R=}H, C) Kąt dwuścienny wynosi około 120 stopni. Wiązanie OO jest stosunkowo słabe, a energia dysocjacji wiązania wynosi 45-50 kcal/mol (190-210 kJ/mol), co stanowi mniej niż połowę siły wiązań CC, CH i CO.
Nadtlenki odgrywają ważną rolę w biologii. Wiele aspektów biodegradacji lub starzenia się przypisuje się powstawaniu i rozkładowi nadtlenków tworzonych przez tlen w powietrzu. Do zwalczania tych skutków stosuje się szereg biologicznych i sztucznych przeciwutleniaczy. Istnieją setki znanych nadtlenków i wodoronadtlenków pochodzących z kwasów tłuszczowych, steroidów i terpenów. Kwasy tłuszczowe tworzą wiele 1,{1}}dioksenów. Biosynteza prostaglandyn odbywa się poprzez endonadtlenki (klasa nadtlenków bicyklicznych). U świetlików lucyferaza katalizuje utlenianie lucyferyny w celu wytworzenia związku nadtlenowego 1,2-dioksetanu. Dineneneba oxheterocyclobutan jest niestabilny i spontanicznie rozpada się na dwutlenek węgla i wzbudzone ketony, które uwalniają nadmiar energii poprzez luminescencję (bioluminescencja).