茶多酚是一種強效的抗氧化劑，具有多種抗氧化機理，具體可參考如下：
兒茶素及其衍生物的結構中含有酸性羥基，這些基團具有供氫活性，能夠提供氫原子給不飽和脂肪酸過氧化游離基，形成氫過氧化物，從而阻止脂質過氧化過程，阻斷自由基的進一步生成。
茶多酚通過直接清除活性氧（ROS）、金屬螯合作用、再生體內高效抗氧化劑、激活抗氧化酶、抑制氧化酶活性、降低氧化應激引起的一氧化氮濃度以及增加尿酸水平等多種途徑發揮其抗氧化作用。
相比其他人工合成抗氧化劑如BHT、BHA和維生素E、C，茶多酚的抗氧化能力更強，通常只需0.01%~0.03%的濃度即可發揮作用，且沒有潛在的毒副作用。
茶多酚的抗氧化性能使其在抗衰老、防輻射損傷、美容護膚等方面有顯著效果。