Do najpopularniejszych historycznych i współczesnych teorii starzenia się należą:

Teoria nieuchronności starzenia się i śmierci (Wallace, 1889) (10). Starzenie i śmierć następują, aby nie konkurować ze swoim potomstwem o zasoby naturalne, a tym samym zapewnić im możliwość efektywnej reprodukcji.

Teoria programowanej śmierci (Weismann, 1892) (11). Nagromadzenie uszkodzeń w komórkach i tkankach prowadzi do ich starzenia i śmierci organizmu. Reprodukcja jest zapewniona dzięki nieśmiertelności komórek linii generatywnej.

Teoria autointoksykacji Miecznikowa (1903) (12). Starzenie może być związane z działaniem toksyn bakteryjnych, produkowanych w ludzkim ciele – organizm zatruwany jest przez jady bakteryjne powstające w jelicie grubym.

Teoria tempa życia (Rubner, 1908) (13). Istnieje zależność między tempem metabolizmu, masą ciała i długością życia. Wg Rubnera „Długość życia koreluje ujemnie z tempem przemiany materii – im szybsza przemiana materii, tym krótsze życie”. Organizm starzeje się tym szybciej, im szybszą ma przemianę materii. Organizmy o bardzo niskim metabolizmie, np. żółwie czy krokodyle, żyją bardzo długo.

Teoria Loeb i Northrop (1916) (14). Starzenie się organizmu jest związane z zaburzeniem zdolności utrzymywania stałej temperatury ciała.

Teoria nagromadzenia mutacji (Medawar, 1952) (15). Teoria ta koncentruje się na procesie akumulacji szkodliwych mutacji genetycznych. Przedstawiona została przez biologa Petera Medawara. Jej centralnym założeniem jest to, że naturalna selekcja działa głównie na geny kontrolujące rozwój i funkcje organizmu w młodym wieku. W miarę starzenia się, procesy selekcji naturalnej stają się mniej efektywne, co pozwala na gromadzenie się szkodliwych przypadkowych mutacji: cechy genetyczne prowadzące do starości i śmierci pojawiają się dopiero w późniejszym okresie życia. Z tego powodu nie zostały one wyeliminowane, ponieważ w tym wieku presja selekcyjna jest niska. Cechy te nie zmniejszają znacząco zdolności reprodukcyjnej populacji, ponieważ osobniki już się rozmnożyły, to znaczy wniosły już swój wkład w następne pokolenie. Teoria ta pozwala na następującą prognozę: zmienność genetyczna cech związanych ze zdolnością do przeżycia powinna być większa u osób starszych niż u młodszych. 

Teoria wolnorodnikowa Harmana (1956) (16). Wolny rodnik to atom lub cząsteczka, która zyskała lub straciła na zewnętrznym orbitalu elektron, czyniąc go niestabilnym i wywołując reakcję łańcuchową na sąsiednich atomach lub cząsteczkach. Głównymi źródłami wolnych rodników w komórce są: jednoelektronowa redukcja tlenu w łańcuchu oddechowym, reakcje katalizowane przez niektóre enzymy np.: oksydazę ksantynową, reduktazę cytochromu P-450, mieloperoksydazę i oksydazę NADPH  komórek żernych, czyli fagocytów, reakcje utleniania niektórych ksenobiotyków i leków np. adriamycyny i bleomycyny oraz promieniowanie jonizujące. Czynniki utleniające (takie jak H2O2 lub reaktywne formy tlenu powstające w metabolizmie komórkowym, ROS) mogą powodować starzenie się, jak zasugerował Denham Harman ponad 60 lat temu w swojej „wolnorodnikowej teorii starzenia”. Stres oksydacyjny powoduje uszkodzenia DNA (oprócz utleniania białek) i potencjalnie, w zależności od uszkodzeń oksydacyjnych, zablokowanie lub spowolnienie widełek replikacyjnych. Nieprawidłowe funkcjonowanie mitochondriów powoduje wzrost liczby wolnych rodników w komórce i może powodować starzenie się związane z dysfunkcją mitochondriów.

Teoria antagonistycznej plejotropii (Williams, 1957) (17). Jej twórca uzupełnił teorię Medawara. Genotyp korzystny w młodości, zwiększając zdolności reprodukcyjne, będzie silnie faworyzowany przez dobór naturalny, nawet jeśli później będzie miał szkodliwe skutki, na przykład poprzez zmniejszenie zdolności do naprawy, a co za tym idzie, przeżycia. Teoria ta została potwierdzona eksperymentalnie – u wielu owadów aktywność rozrodcza (krycie się, składanie jaj) skraca długość życia u obu płci. Dziewicze samice żyją dłużej, niezależnie od ryzyka śmiertelności wynikającego z aktywności reprodukcyjnej.

Istnienie genów plejotropowych jest dobrze poznane. Geny te, kodując to samo białko, wykazują kilka zupełnie odmiennych efektów fenotypowych, czasem jednocześnie, czasem w różnych momentach życia. Plejotropia może również wynikać z działania genów na inne geny.

Teoria mutacji somatycznych (Szilard, 1959) (18). W starzejących się komórkach wzrasta liczba aberracji chromosomowych. Nie wyjaśniono, czy zwiększona częstość aberracji jest wynikiem nasilonego działania czynników uszkadzających chromosomy, czy też następstwem obniżonej zdolności naprawiania tych uszkodzeń.  W starzejących się komórkach zmienia się stopień metylacji, fosforylacji i acetylacji białek chromatyny. Gromadzące się mutacje prowadzą do zmian ekspresji genów i obniżenia zdolności DNA do replikacji. Wykazano dodatnią korelację między aktywnością naprawiania uszkodzonego DNA a długowiecznością.

Teoria stłuszczenia (Berg i Simms, 1960) (19). Starzenie się organizmu związane jest z odkładaniem się tkanki tłuszczowej.

Teoria sieciowania (Bjorksten, 1942) (20). W miarę upływu czasu w makromolekułach o długim okresie półtrwania zwiększa się liczba dodatkowych wiązań poprzecznych (sieciowanie – cross linking). Sieciowanie to łączenie dwóch lub więcej cząsteczek wiązaniem kowalencyjnym. Sieciowaniu ulegają m.in. kolagen, białka soczewki oka i kwasy nukleinowe. Sugeruje się, że sieciowanie kolagenu zmniejsza elastyczność tkanek w miarę starzenia się organizmu. Teoria sieciowania sugeruje, że akumulacja usieciowanych białek uszkadza komórki i tkanki, co prowadzi do spowolnienia procesów w organizmie, co ostatecznie skutkuje starzeniem się. Teorię tę zaproponował Johan Bjorksten w 1942 r.

Teoria immunologiczna (Walford, 1962) (21). Przyczyną starzenia się są zmiany w układzie odpornościowym, szczególnie te, związane z wytwarzaniem autoprzeciwciał. Kluczowym elementem immunologicznej teorii starzenia jest pojęcie immunosenescencji, czyli stopniowej degradacji funkcji układu odpornościowego wraz z wiekiem. W miarę starzenia się organizmu, zachodzą różnego rodzaju zmiany w układzie odpornościowym, które wpływają na jego skuteczność w zwalczaniu infekcji. Zalicza się do nich zmniejszoną produkcję limfocytów T i B, zmniejszenie różnorodności receptorów, zmniejszenie aktywności komórek NK (natural killer) (22) oraz zwiększenie aktywności zapalnej. U ludzi w podeszłym wieku coraz gorzej funkcjonuje więc zarówno odporność humoralna, jak i komórkowa. Komórki macierzyste, które są kluczowe dla regeneracji układu odpornościowego, tracą swoją efektywność wytwarzania nowych komórek. To ograniczenie zdolności organizmu do odnowy komórek immunologicznych może prowadzić do osłabienia układu odpornościowego. Nasilają się reakcje autoimmunologiczne, które prowadzą do zmian degeneracyjnych w różnych narządach i predysponują do licznych chorób związanych z wiekiem, w tym nowotworów i przewlekłych infekcji. Zmienia się także różnorodność receptorów na powierzchni limfocytów, co ogranicza zdolność układu odpornościowego do rozpoznawania różnych patogenów. Ponadto aktywność komórek immunologicznych, takich jak komórki NK, może być osłabiona, co wpływa na zdolność organizmu do zwalczania komórek nowotworowych i zakaźnych.

Teoria katastrofy błędów Orgela (1963) (23). Przyczyną starzenia się są błędy powstające w trakcie transkrypcji i translacji. Szczególnie istotne są błędy dotyczące białek enzymatycznych. Teoria Orgela opiera się na dwóch znanych faktach: 1/ przenoszenie informacji genetycznej z DNA na RNA i następnie na białka nie zachodzi z absolutną dokładnością; 2/ w przenoszenie informacji genetycznej zaangażowane są białka enzymatyczne i regulacyjne. Nawet niewielkie błędy w strukturze tych białek prowadzą do ich wadliwego funkcjonowania i do popełniania dużej liczby błędów w przenoszeniu informacji genetycznej.  Prowadzi to do ekspotencjalnego narastania w komórce błędów w syntezie białek. Liczba błędów przekracza możliwość korekcji i naprawy, co prowadzi nieuchronnie do zaburzeń funkcji komórki, a po przekroczeniu pewnego progu błędów – do jej śmierci.

Teoria zbędnego DNA (Medvedev, 1964) (24). Dużą rolą w starzeniu się może być narastające z wiekiem uszkodzenie DNA.

Teoria starzenia komórkowego/proliferacyjna/ograniczonej liczby podziałów komórkowych Hayflicka (25). Hayflick określił limit podziałów prawidłowych komórek w hodowli in vitro (7,26,27). Liczba podziałów komórek uzależniona jest od ich wieku. Komórki osoby młodej dzielą się większą liczbę razy w porównaniu z komórkami osoby dorosłej. Limit Hayflicka około 50-60 podziałów komórki jest wyznacznikiem wieku i starzenia się komórki (7). W kolejnych podziałach dochodzi do skracania telomerów i w końcu do programowej śmierci komórki. Komórkami nieśmiertelnymi są komórki hemopoetyczne szpiku kostnego, komórki linii zarodkowej oraz komórki nowotworów. W immortalizowanych (nieśmiertelnych) komórkach nowotworowych telomery zostają zachowane dzięki wysokiej aktywności telomerazy.

Teoria mutacji mitochondrialnego DNA (mtDNA; Alexander, 1967) (28). Przyczyną starzenia się jest nagromadzenie mutacji w obrębie mitochondrialnego DNA. Mitochondria zwane są potocznie elektrowniami komórkowymi, odpowiedzialnymi za produkcję energii w postaci ATP poprzez proces oddychania komórkowego. Jednak w trakcie tego procesu powstają reaktywne formy tlenu (RFT), takie jak nadtlenek wodoru i ponadtlenki, które mogą uszkadzać białka, lipidy i DNA komórkowe. DNA mitochondrialny różni się od DNA jądrowego. Nie jest połączony z białkami histonowymi, w wyniku czego jest bardziej narażony na działanie czynników mutagennych. W mitochondriach nie ma enzymów naprawy DNA albo funkcjonują tylko w nieznacznym stopniu, co oznacza, że jest bardziej narażony na uszkodzenia. Jest dziedziczony głównie ze strony matki – w komórce jajowej występują tysiące mitochondriów, podczas gdy w plemniku znajduje się ok. 20 mitochondriów.  Jest narażony na powstające in situ wolne rodniki pochodzenia tlenowego. Komórka transkrybuje tylko ok. 7% DNA jądrowego, podczas gdy mtDNA jest przepisywany i wykorzystywany przez mitochondrium w całości. Mitochondria to centra oddechowo-energetyczne, a mtDNA koduje enzymy kompleksu oddechowego, podjednostki reduktazy NAD i kilka innych enzymów oraz białka i rRNA dla konstrukcji rybosomów. Geny mtDNA są ułożone w sposób ciągły i nie zostały poprzerywane przez sekwencje niekodujące (introny). Liczba mutacji w mtDNA jest ok. 10 razy większa, niż w DNA jądrowym, często występują w nim delecje dużych fragmentów.