番茄紅素通過物理和化學方式猝滅單線態氧或捕捉過氧化自由基。單線態氧是具有很強活性的氧自由基，具細胞毒性作用，以細胞膜、線粒體等部位對其最爲敏感，能與細胞中多種生物大分子發生作用，通過與分子結合造成細胞膜系統的損傷;番茄紅素能夠接受不同電子激發態的能量，吸收光能並通過單線態—單線態能量轉移過程使單線態氧的能量轉移到番茄紅素，生成基態氧分子和三重態番茄紅素分子，三重態番茄紅素通過與溶劑的一系列旋光和振動反應得到再生，並在此過程中將能量散發;類胡蘿蔔素的猝滅能力與其分子中所含有的共軛雙鍵的數目有着密切的關係，番茄紅素分子中有11個共軛雙鍵，一個番茄紅素分子可以清除數千個單線態氧，其猝滅單線態氧的速率常數較β-胡蘿蔔素高2倍。1990年Paolo等報道了類胡蘿蔔素和生育酚等30餘種生物抗氧化劑猝滅單線態氧的作用，番茄紅素是猝滅單線態氧最強的。
番茄紅素還能通過與其他形式的活性氧的化學反應消除氧化自由基，如過氧化氫、亞硝酸根等氧化自由基，而氧化自由基能引起脂質過氧化形成多種產物，這些產物與人體老化、癌症發生、自身免疫病及貧血等疾病都有關係。
通常細胞間隙之間有膜蛋白構成的通道，具有選擇通透性，允許第二信使及生長調節物質通過，細胞之間通過細胞間隙連接通訊(GJIC)傳輸細胞羣體內生長調控信號，調節細胞的正常增殖與分化。實驗表明，番茄紅素通過誘導細胞間連接，增強正常細胞之間的GJIC，控制細胞生長和誘導細胞分化來抑制腫瘤的增長。日本學者在大鼠肝組織上用熒光染料示蹤技術研究番茄紅素對GJIC的作用時發現，每天飼餵5mg/kgBW番茄紅素，連續5d時，可以明顯增強GJIC功能;同時，由於大多數腫瘤細胞的GJIC功能微弱或缺失，細胞發生轉化後其GJIC功能降低或抑制，GJIC功能的抑制或被破壞被認爲是促癌變階段的重要機制。
番茄紅素是一種低膽甾醇劑，它可抑制巨噬細胞3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A，而它是一種膽固醇生物合成的限速酶。實驗發現，在培養巨噬細胞的介質中加入番茄紅素後，其膽固醇合成降低，同時番茄紅素還增大巨噬細胞低密度脂蛋白(LDL)受體活性。實驗還表明，人體3個月內每天補充60mg番茄紅素，可減少14%的胞質LDL膽固醇濃度。
番茄紅素的上述生物學特性決定了它具有抗氧化、抑制突變、降低核酸損傷、減少心血管疾病及預防癌症等多種保健功能。
番茄紅素具有預防和抑制腫瘤作用，一方面是因爲它的抗氧化作用;另一方面是番茄紅素能夠阻斷組織細胞在外界誘變劑的作用下發生基因突變過程，這是腫瘤生成的重要機制之一。實驗發現，番茄紅素可影響乳腺、肺和子宮癌細胞週期的S階段;番茄紅素通過抑制細胞週期中Gl到S的轉化階段來影響細胞的生長;番茄紅素通過可抑制LDL膽固醇的氧化和煎烤肉、魚的褐色反應中產生的雜環胺類的形成，從而有效地抑制致癌物的產生及誘發腫瘤。研究表明，番茄紅素對消化道癌、宮頸癌、乳腺癌、皮膚癌、膀胱癌等均有一定的抑制作用。
最新研究成果表明，每天攝取30毫克番茄紅素，可以達到預防前列腺癌、消化道癌以及膀胱癌等多種癌症的效果。人體無法合成番茄紅素，必須從膳食中攝取，吃一個生番茄只能吸收0.05毫克的番茄紅素。因此，在前列腺疾病的治療中，補充番茄紅素是必不可少的。
在動脈粥樣硬化的發生和發展過程中，血管內膜中的脂蛋白氧化是一個關鍵因素。番茄紅素在降低脂蛋白氧化方面發揮着重要作用。據報道，口服天然番茄紅素，能使血清膽固醇降至5.20毫摩爾/升以下，番茄紅素用於防治高膽固醇和高血脂症，可以減緩心血管疾病的發展。
番茄紅素能對抗紫外線損傷。研究人員給10名健康人各補充28毫克β-胡蘿蔔素和2毫克番茄紅素1-2個月，結果服用番茄紅素人羣紫外線引發紅斑的面積減少，程度減輕。
腫瘤生成的重要機制之一是組織細胞在外界誘變劑的作用下發生基因突變，而番茄紅素能阻斷這個過程，發揮抗癌作用。如地中海地區居民在煎烤魚和肉的同時使用番茄醬，減少了烹調過程中雜胺等誘變劑的形成。所以雖然當地居民喜食易致癌的煎烤食物，但是宮頸癌、前列腺癌以及肝癌的發病率卻很低。
番茄紅素可以最有效地清除人體內的自由基，保持細胞正常代謝，預防衰老。番茄紅素在體內通過消化道粘膜吸收進入血液和淋巴，分佈到睾丸、腎上腺、前列腺、胰腺、乳房、卵巢、肝、肺、結腸、皮膚以及各種粘膜組織，促進腺體分泌激素，從而使人體保持旺盛的精力;清除這些器官和組織中的自由基，保護它們免受傷害，增強機體免疫力。印度學者指出，番茄紅素可令不育男子精子數量增加、活力增強，從而醫治不育問題。
番茄紅素可大大改善皮膚過敏症，消除因皮膚過敏而引起的皮膚乾燥和瘙癢感，令人感覺輕鬆愉快。
番茄紅素大量存在於體內各種黏膜組織，長期服用可以改善各種因體內黏膜組織破壞而引發的各種不適。如干咳、眼睛乾澀，口腔潰瘍，保護胃腸道黏膜組織等。
番茄紅素還具有極強的解酒作用。酒精在人體內的代謝過程主要是氧化還原反應，會產生大量的自由基。平時服用番茄紅素，可以增加酒量;喝酒前服用，解酒效果顯著，可以減輕酒精對肝臟的損傷;而醉酒後服用，可以減輕頭痛、嘔吐等醉酒症狀。
番茄紅素還具有預防骨質疏鬆、降血壓、減輕運動引起的哮喘等多種生理功能。
番茄紅素沒有任何副作用，非常適合長期保健服用。
番茄紅素可幫助預防及改善前列腺增生、前列腺炎等泌尿系統疾病，並有助於提高男性精子質量，降低不育風險。一項來自美國哈佛大學的研究發現類胡蘿蔔素與前列腺癌有一定的關係。在類胡蘿蔔素的研究中，只有番茄紅素具有明確的保護作用。男性每天在飲食中服用最大劑量的番茄紅素(每天6.5毫克以上)與服用最少者相比，可以使前列腺癌發生的危險減少21%。
番茄紅素大量存在與番茄中，番茄紅素可消除令男性不育的有害化學物。因此多喝番茄湯可以有效增強男性的生育能力。
英國科學家發現，令番茄湯呈現紅色的茄紅素，或許能把男性體內的精子強化成超級精子，科學家由此推斷男士只要每日飲一碗番茄湯，將能大大增強生育能力。
英國朴茨茅斯大學生化科學部的5名泌尿科專家隨機挑選了平均年齡在42歲左右的精壯男士，要求他們在兩週內每天飲用一碗番茄湯，其間收集他們的精液樣本。
結果發現，精液內可消除令男性不育的有害化學物自由基的茄紅素水平顯著增加，升幅介乎7%到12%。
生理功能
有助於延緩衰老;
有助於增強抗輻射能力;
有助於調節血脂;
對男性不育有改善作用;
有助於促進女性乳房的健康發育。
預防和抑制腫瘤的作用。
