Et kohaneda üleminekuga mereelustikult maismaale, hakkasid maismaataimed tootma antioksüdante, mida mereorganismides ei leidu, näiteks C-vitamiini, polüfenoole ja tokoferoole. 50–200 miljonit aastat tagasi arendasid katteseemnetaimed arvukalt antioksüdantseid pigmente -eriti juura perioodil-, et kaitsta keemiliselt reaktiivsete hapnikuliikide vastu, mis on fotosünteesi kõrvalprodukt. Algselt viitas termin antioksüdant spetsiaalselt kemikaalidele, mis takistasid hapnikuvaegumist. 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses keskendusid ulatuslikud uuringud antioksüdantide kasutamisele olulistes tööstusprotsessides, nagu metallide korrosiooni, kummi vulkaniseerimise ja kütuse polümerisatsioonist põhjustatud sisepõlemismootorite saastumise vältimine.
Varased uuringud antioksüdantide bioloogilise kasutamise kohta keskendusid sellele, kuidas vältida küllastumata rasvhapete oksüdeerumisest põhjustatud rääsumist. Antioksüdantide aktiivsust saab mõõta lihtsalt rasvatüki oksüdatsioonikiiruse mõõtmisega hapnikuga küllastunud suletud anumas. A-, C- ja E-vitamiini antioksüdantsete omaduste avastamise ja kinnitamisega teadvustati aga antioksüdantide tähtsust elusorganismide biokeemilistes protsessides. Antioksüdantide võimalike toimemehhanismide uurimine algas arusaamisega, et antioksüdantse toimega ained võivad ise olla oksüdatsioonile vastuvõtlikud. Uurides, kuidas E-vitamiin takistab lipiidide peroksüdatsiooni, sai selgeks, et antioksüdandid toimivad taandajatena, reageerides reaktiivsete hapnikuliikidega, takistades seeläbi rakke kahjustamast ja saavutades nende antioksüdantse toime.
