Για να προσαρμοστούν στην εξέλιξή τους από τη θαλάσσια στη χερσαία ζωή, τα χερσαία φυτά άρχισαν να παράγουν αντιοξειδωτικά που δεν βρίσκονται σε θαλάσσιους οργανισμούς, όπως βιταμίνη C, πολυφαινόλες και τοκοφερόλες. Μεταξύ 50 και 200 εκατομμυρίων ετών πριν, τα αγγειόσπερμα εξέλιξαν πολλές φυσικές αντιοξειδωτικές χρωστικές-ιδιαίτερα κατά την περίοδο του Ιουρασικού-ως χημικό μέσο για την καταπολέμηση των ενεργών ειδών οξυγόνου, υποπροϊόντων της φωτοσύνθεσης. Αρχικά, ο όρος «αντιοξειδωτικό» αναφερόταν ειδικά σε χημικές ουσίες που εμποδίζουν την εξάντληση του οξυγόνου. Στα τέλη του 19ου και στις αρχές του 20ου αιώνα, εκτεταμένη έρευνα επικεντρώθηκε στη χρήση αντιοξειδωτικών σε σημαντικές βιομηχανικές διεργασίες, όπως η πρόληψη της διάβρωσης μετάλλων, ο βουλκανισμός του καουτσούκ και η συσσώρευση σε κινητήρες εσωτερικής καύσης που προκαλείται από τον πολυμερισμό καυσίμου.
Η πρώιμη βιολογική έρευνα για τα αντιοξειδωτικά επικεντρώθηκε στον τρόπο χρήσης τους για την πρόληψη της τάγγισης που προκαλείται από την οξείδωση των ακόρεστων λιπαρών οξέων. Η αντιοξειδωτική δράση θα μπορούσε να μετρηθεί με μια απλή μέθοδο: τοποθέτηση ενός κομματιού λίπους σε ένα-γεμάτο οξυγόνο, σφραγισμένο δοχείο και προσδιορισμός του ρυθμού οξείδωσής του. Ωστόσο, με την ανακάλυψη και επιβεβαίωση των βιταμινών Α, C και Ε, οι οποίες έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες, έγινε εμφανής η σημασία των αντιοξειδωτικών στις βιοχημικές διεργασίες των ζωντανών οργανισμών. Από τη στιγμή που αναγνωρίστηκε ότι ουσίες με αντιοξειδωτική δράση μπορεί να οξειδωθούν οι ίδιες εύκολα, άρχισε η διερεύνηση των πιθανών μηχανισμών δράσης των αντιοξειδωτικών. Μελετώντας πώς η βιταμίνη Ε αποτρέπει την υπεροξείδωση των λιπιδίων, διευκρινίστηκε ότι τα αντιοξειδωτικά, ως αναγωγικοί παράγοντες, αποτρέπουν τη βλάβη των κυττάρων αντιδρώντας με αντιδραστικά είδη οξυγόνου, επιτυγχάνοντας έτσι την αντιοξειδωτική τους δράση.
