羟基酪醇的分子结构中含有酚羟基，这些酚羟基可以作为氢的供体，对多种活性氧（ROS）具有清除作用。它能够将单线态的氧还原成活性较低的三线态氧，降低氧自由基产生的可能性。此外，羟基酪醇还能通过反应生成活性较低的多酚自由基，这些多酚自由基可以进一步清除各种自由基，从而打断自由基氧化的链式反应，从根本上减少自由基对细胞的损伤。

羟基酪醇的两个邻位酚羟基可以与金属离子（如铁离子Fe²⁺和铜离子Cu²⁺）进行螯合，形成稳定的络合物。这些金属离子在细胞内可以催化自由基的产生，加速氧化反应的进行。羟基酪醇通过螯合这些金属离子，减少了它们催化氧化反应的机会，从而降低了氧化应激的水平。

羟基酪醇可以增加细胞内抗氧化酶的活性，如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和谷胱甘肽还原酶（GR）等。这些抗氧化酶是细胞内主要的抗氧化防御系统，它们能够将有害的氧化产物转化为无害的物质，从而保护细胞免受氧化损伤。羟基酪醇通过增强这些酶的活性，提高了细胞对氧化应激的抵抗能力。

羟基酪醇的抗氧化作用还可以保护细胞的结构和功能。例如，它可以减少氧化应激引起的DNA损伤、脂质过氧化和蛋白质氧化等。这些氧化损伤与许多疾病的发生和发展密切相关，如心血管疾病、癌症和神经退行性疾病等。羟基酪醇通过减少这些氧化损伤，有助于降低这些疾病的风险。