Peroxisomen sind bis zu ein Mikrometer große Vesikel in eukaryotischen Zellen, die eine Entgiftung von reaktiven Sauerstoffverbindungen ermöglichen. Daher entstammt auch die Bezeichnung für das Organell; Peroxidasen reduzieren giftige Wasserstoffperoxide zu Sauerstoff und Wasser. Außerdem spielen Peroxisomen eine wichtige Rolle bei der Verstoffwechselung von zellulären Abfall- und Zwischenprodukten.
Früher waren Peroxisomen noch unter dem Begriff Microbodies geläufig. Der Begriff findet sich heutzutage nur noch in älterer Literatur.

Peroxisomen sind im Durchmesser zwischen 0,3 und 1,0 Mikrometer groß und von einer einfachen Membran umgeben. Die Anzahl und Größe der Peroxisomen ist abhängig vom Zelltyp. Sie stellen einen eigenen Reaktionsraum innerhalb der Zelle dar, in dem chemische Prozesse geschützt ablaufen können. Dies ist vor allem für chemische Reaktionen notwendig, welche zu Schäden an Zellbestandteilen führen könnten, wenn sie ungeschützt im Cytoplasma stattfinden würden. Die Organellen enthalten unter anderem das Enzym Peroxidase, das eine Verstoffwechselung von Wasserstoffperoxid ermöglicht. Wasserstoffperoxid ist ein Zellgift, weswegen es innerhalb der Zelle von den Peroxisomen eingeschlossen und abgebaut wird.

Im Gegensatz zu Lysosomen sind Peroxisomen nicht vom Golgi-Apparat abgespaltene Vesikel, sondern sind in der Lage, sich eigenständig zu replizieren. Für die Neubildung von Peroxisomen werden Fragmente vom Endoplasmatischen Retikulum abgeschnürt. Erst nach einem Reifungsprozess, verfügen die Lysosomen dann über die enzymatische Ausstattung.

In Peroxisomen befinden sich mehr als 50 verschiedene Oxigenasen in hoher Konzentration, die für den oxidativen Abbau organischer Verbindungen verantwortlich sind. Da von der Zelle für den Abbau dieser Verbindungen Sauerstoff als zusätzliches Substrat verwendet wird, entstehen Sauerstoffradikale (wie das Zellgift Wasserstoffperoxid) als Nebenprodukte. Die Peroxidase in den Peroxisomen reduziert das Wasserstoffperoxid in die beiden ungefährlichen Moleküle Wasser (H₂O) und Sauerstoff (O₂).

Über diese Entgiftungsfunktion hinaus spielen Peroxisomen auch eine Rolle bei der Verstoffwechselung von Fettsäuren und Ethanol. Beim Abbau in Peroxisomen entsteht dabei allerdings als Endprodukt Essigsäure und keine speicherbaren Energie-Moleküle, wie sie in den Mitochondrien entstehen würden. Die energiereiche Essigsäure wird aus den Peroxisomen in das Cytoplasma transportiert und steht dort für den Aufbau von Fettsäuren oder Cholesterin zur Verfügung. Alternativ kann sie in den Mitochondrien in den Zitratzyklus eingeschleust werden.

Peroxisomen sind außerdem an der Synthese der Myelinscheide von Nervenzellen beteiligt. Die Myelinscheide ummantelt als isolierende Schicht die Fortsätze der Nervenzellen und ermöglicht so die schnelle Fortleitung elektrischer Signale.