Om zich aan te passen aan hun evolutie van zee- naar landleven, begonnen terrestrische planten antioxidanten te produceren die niet voorkomen in mariene organismen, zoals vitamine C, polyfenolen en tocoferolen. Tussen 50 miljoen en 200 miljoen jaar geleden ontwikkelden angiospermen veel natuurlijke antioxidantpigmenten-vooral tijdens de Juraperiode-als een chemisch middel om reactieve zuurstofsoorten, bijproducten van fotosynthese, te bestrijden. Oorspronkelijk verwees de term 'antioxidant' specifiek naar chemische stoffen die zuurstofuitputting voorkomen. Aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw concentreerde uitgebreid onderzoek zich op het gebruik van antioxidanten in belangrijke industriële processen, zoals het voorkomen van metaalcorrosie, rubbervulkanisatie en de opeenhoping in verbrandingsmotoren veroorzaakt door brandstofpolymerisatie.
Vroeg biologisch onderzoek naar antioxidanten concentreerde zich op de manier waarop ze kunnen worden gebruikt om ranzig worden veroorzaakt door de oxidatie van onverzadigde vetzuren te voorkomen. De antioxidantactiviteit kan worden gemeten met een eenvoudige methode: plaats een stukje vet in een met zuurstof-gevulde, afgesloten houder en bepaal de oxidatiesnelheid ervan. Met de ontdekking en bevestiging van de vitamines A, C en E, die antioxiderende eigenschappen hebben, werd het belang van antioxidanten in de biochemische processen van levende organismen echter duidelijk. Toen eenmaal werd erkend dat stoffen met antioxiderende werking zelf gemakkelijk kunnen worden geoxideerd, begon het onderzoek naar de mogelijke werkingsmechanismen van antioxidanten. Door te bestuderen hoe vitamine E de peroxidatie van lipiden voorkomt, werd duidelijk dat antioxidanten, als reductiemiddelen, celbeschadiging voorkomen door te reageren met reactieve zuurstofsoorten, waardoor hun antioxiderende werking wordt bereikt.
