O benzeno, para ter uma atividade tóxica, deve passar por um processo de bioativação. Os metabólitos responsáveis pela ação tóxica e carcinogênica são os radicais livres.
Os radicais livres (especialmente os radicais livres de oxigênio) são moléculas energeticamente instáveis e altamente reativas. O benzeno sofre a reação de oxidação pelo sistema microssomal hepático, depois o citocromo P450, com a introdução de dois grupos hidroxila - OH. A hidroquinona proveniente da oxidação do benzeno torna-se um substrato muito importante de uma enzima presente na medula óssea. A enzima é uma mieloperoxidase que catalisa a transformação desta hidroquinona em radical.
O radical livre que é formado vem de uma quebra da ligação oxigênio-hidrogênio do grupo hidroxila. O oxigênio apresenta um elétron desemparelhado gerado pelo hidrogênio durante a quebra da ligação, dando assim ao oxigênio fortes características reativas. A atividade que esse radical possui é muito perigosa porque bloqueia a produção de células na medula óssea.
