茄紅素是有效的抗氧化劑，通過物理或化學方式捕捉高效猝滅單線態氧、抑制自由基的產生或直接清除自由基等發揮抗氧化作用。茄紅素的抗氧化能力在天然類胡蘿蔔素中是最強的，這與其獨特的長鏈不飽和分子結構有關。茄紅素猝滅單線態氧的速率是B壹胡蘿蔔素的2倍，是 α-生育酚的100倍。茄紅素是目前自然界中被發現最強的壹種抗氧化劑，其碎滅單線態氧和中和自由基能力也是最強的。茄紅素能接受不同電子的激發，生成基態氧或三重態氧番茄紅素。壹個三重態氧茄紅素，可消除數千個單線態氧自由基。因此，茄紅素通過抗氧化能力能有效保護生物膜免受氧自由基的損傷作用，延緩細胞和人體的衰老。
在抗氧化方面，國外測定，如每天食用5-10mg蕃茄紅素，則明顯提高血清中蕃茄紅素的量，也明顯降低脂肪和蛋白質的氧化作用。脂肪和蛋白質的氧化產物對人體是有害的。