Prema različitim mehanizmima djelovanja, antioksidanti se mogu podijeliti u sljedeće kategorije:
1. Glavni antioksidans
Studije su pokazale da je proces razgradnje materijala i starenje lančana reakcija slobodnih radikala. Materijal se zagrijava i reže radi stvaranja slobodnih radikala, a susreće se s kisikom radi stvaranja slobodnih radikala peroksida, što dodatno oduzima atome vodika iz polimerne okosnice za stvaranje relativno stabilnih hidroperoksida na bazi polimera. Ciklus ide naprijed -nazad, lanac raste, a odgovor se postupno širi.
Pružanjem H atoma ili elektrona, konzumiranjem slobodnih radikala peroksida, čime se prekida lančana reakcija, antioksidansi donatori vodika nazivaju se primarni antioksidansi. Tipični primarni antioksidansi uključuju
a) Aromatski antioksidansi amina: Ima dugu povijest i ograničen je na tamne proizvode, osobito neke proizvode od gume i poliuretana, jer se lako stvaraju mrlje.
b) Ometani fenolni antioksidansi: najčešće korištena vrsta primarnih antioksidansa. Mnogi poznati proizvodi, poput 1010, 1076, pripadaju ovoj kategoriji.
2. Pomoćni antioksidansi
Klasa antioksidansa koja može reagirati s hidroperoksidima nastalim u gornjoj lančanoj reakciji da ih razgradi u stabilne produkte, čime se okončava lančana reakcija, naziva se pomoćni antioksidansi.
Fosfit je najčešće korišteni pomoćni antioksidans, tipični proizvodi poput 168.
Tioeter je druga vrsta pomoćnih antioksidansa, tipični proizvodi poput DLTDP i DSTDP.
3. Antioksidans s glavnim i pomoćnim funkcijama u isto vrijeme
Antioksidans koji može reagirati s radikalima peroksida i ukloniti hidroperokside. Tipičan primjer je hidroksilamin. Zbog obje funkcije, ova vrsta antioksidansa vrlo je učinkovita.
4. Metalni pasivator
Metalni pasivatori mogu stvarati stabilne koordinacijske spojeve s metalnim ionima, osobito ionima bakra. U polimerima u dodiru s metalima (poput žica i kabela), metalni deaktivirači mogu uvelike poboljšati stabilnost polimera.
Kombiniranje različitih vrsta antioksidansa može proizvesti sinergijske učinke. Odnosno, ukupni učinak kombinirane uporabe dva stabilizatora veći je od zbroja učinaka dvaju samih. Najreprezentativniji je spoj ometanog fenola i fosfitnog antioksidansa.