β-胡蘿卜素的抗氧化性主要表現(xiàn)在它具有清除自由基的能力。β-胡蘿卜素分子中含有多個雙鍵，在光、熱、氧氣及活潑性較強的自由基離子的存在下，易被氧化，從而保護機體不被破壞。生物體中存在大量的脂質過氧化和自由基反應，從而導致細胞功能的下降，機體的衰老以及疾病的發(fā)生，β-胡蘿卜素的存在可減少脂質過氧化。因此，類胡蘿卜素可以清除自由基以及淬滅單線態(tài)氧的活性受到了普遍的關注。

在人體正常的新陳代謝過程中也會產生活性氧，活性氧具有不穩(wěn)定性和高能水平，可將能量迅速傳遞給其它分子而產生自由基。自由基由于含有不成對的電子，所以性質異常活躍，它可損傷核酸、蛋白質、細胞膜、細胞，導致細胞突變或死亡，從而引起人體早衰。日益增加的證據(jù)表明與衰老過程相關聯(lián)的多種缺陷是細胞內的多點位氧化損傷積累的直接后果。例如心血管疾患的發(fā)病機理之一是低密度脂蛋白的氧化損傷而導致的；一些光化學對晶體所造成的損傷會導致白內障的形成等。而β-胡蘿卜素具有多個雙鍵是一種有效的抗氧化劑，能傳遞高能量從而使活性氧變成穩(wěn)定的氧分子?，F(xiàn)已知1分子β-胡蘿卜素可抑制1000個分子的活性氧，同時還可作為一種弱氧化劑直接與自由基反應，阻止自由基的連鎖反應，從而減少它對細胞的損傷。馬愛國在探討抗氧化營養(yǎng)對DNA氧化損傷保護作用時，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)連續(xù)服用β-胡蘿卜素、維生素E和維生素C，可顯著降低由過氧化氫誘發(fā)DNA的損傷。

建立在以人口為基礎的研究表明：人如果每日吃四份或更多富含β-胡蘿卜素的水果和蔬菜，那么他們患心臟病或癌癥的機率會更低。然而有趣的是，其他的研究卻指出刻意補充β-胡蘿卜素的人實際上更有可能患上此類疾病。研究人員認為，健康、合理、營養(yǎng)豐富的飲食比單一地補充β-胡蘿卜素將更有效。