机体在一些特殊条件下可能发生过氧化反应，有害的反应产物(自由基)引起组织细胞损伤、坏死。番茄红素之所以具有前述的抗癌和保护心血管作用，与其抗氧化功能是分不开的。经过现代技术手段证明，番茄红素能够通过物理和化学方式淬灭单线态氧，捕捉过氧化自由基。虽然多数类胡萝卜素都是有效的抗氧化剂，但番茄红素淬灭单线态氧的活性最强。番茄红素的抗氧化功能无论在动物实验还是人群调查中都得到证实。