Il possibile meccanismo di azione degli antiossidanti fu esplorato per la prima volta quando venne individuato che una sostanza con attività anti-ossidativa è anche una sostanza che si ossida rapidamente. Le ricerche su come la vitamina E prevenisse il processo di perossidazione lipidica condusse all'identificazione degli antiossidanti come agenti riducenti che prevenivano le reazioni ossidative, spesso cercando specie reattive dell'ossigeno prima che potessero danneggiare le cellule.