Et kohaneda oma arenguga mereelustikust maismaale, hakkasid maismaataimed tootma antioksüdante, mida mereorganismides ei leidu, näiteks C-vitamiini, polüfenoole ja tokoferoole. 50–200 miljonit aastat tagasi arendasid katteseemnetaimed välja palju looduslikke antioksüdantseid pigmente, -eriti juuraperioodil-, et võidelda keemilise vahendina fotosünteesi kõrvalsaaduste, reaktiivsete hapnikuliikide vastu. Algselt viitas termin "antioksüdant" spetsiaalselt keemilistele ainetele, mis hoiavad ära hapnikuvaeguse. 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses keskendusid ulatuslikud uuringud antioksüdantide kasutamisele olulistes tööstuslikes protsessides, nagu metallide korrosiooni vältimine, kummi vulkaniseerimine ja kütuse polümerisatsioonist põhjustatud kogunemine sisepõlemismootorites.
Varajased antioksüdantide bioloogilised uuringud keskendusid sellele, kuidas neid kasutada küllastumata rasvhapete oksüdeerumisest põhjustatud rääsumise vältimiseks. Antioksüdantide aktiivsust saab mõõta lihtsa meetodiga: rasvatüki asetamine hapnikuga täidetud, suletud anumasse ja selle oksüdatsioonikiiruse määramine. Kuid antioksüdantsete omadustega A-, C- ja E-vitamiinide avastamise ja kinnituse saamisega ilmnes antioksüdantide tähtsus elusorganismide biokeemilistes protsessides. Kui mõisteti, et antioksüdantse toimega ained võivad ise kergesti oksüdeeruda, hakati uurima antioksüdantide võimalikke toimemehhanisme. Uurides, kuidas E-vitamiin takistab lipiidide peroksüdatsiooni, selgitati, et antioksüdandid kui redutseerivad ained takistavad rakukahjustusi, reageerides reaktiivsete hapnikuliikidega, saavutades seeläbi nende antioksüdantse toime.
