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抗氧化劑的種類、結構不同，抗氧化作用機制也會不同。食用菌的抗氧化作用機制主要包括：自由基直接清除作用、脂質氧化抑制作用、螯合過渡金屬離子、激活體內抗氧化相關酶活性等。
直接清除自由基
     自由基是細胞正常生理活動的代謝產物，主要包括羥自由基(·OH)、超氧陰離子自由基、過氧化脂質、過氧化氫和單線態氧5種自由基。自由基過量堆積會對機體產生危害，如，羥基自由基能產生極強的氧化作用，是造成蛋白質和多糖分解、脂質過氧化、核酸斷裂的主要自由基。超氧負離子自由基能引發體內脂質過氧化，加速機體衰老，引發癌癥、心血管疾病等一系列疾病。因此，直接清除自由基是食用菌抗氧化非常重要的作用機制之一。
     食用菌中黃酮、多酚、多糖可以直接淬滅單線態氧、阻止自由基鏈式反應及脂質過氧化等來避免機體產生氧化損傷。10mg/mL的平菇乙醇提取物對超氧陰離子自由基的清除率達到60.02%。七種云南產食用菌清除·OH的能力大小為：黃牛肝菌>雞油菌>塊菌>竹蓀>黑虎掌>美味牛肝菌>草菇，黃牛肝菌的清除能力最強。野生靈芝的甲醇提取物能較好地清除DPPH+自由基，主要因為含有較多的植物多酚和類黃酮。
抑制脂質過氧化
     正常情況下，氧自由基反應和脂質過氧化反應在機體新陳代謝過程中處于動態平衡狀態，維持著機體許多正常的生理生化反應和免疫反應。一旦這種平衡失衡，就會引起氧自由基連鎖反應，形成脂質過氧化物(LPO)、丙二醛(MDA)和4-羥基壬烯酸(HNE),從而改變了細胞膜的流動性和通透性,最終導致細胞結構和功能改變。
     食用菌中多糖、黃酮類物質可與脂質鏈式氧化反應的中間產物(脂自由基或脂氧自由基)反應,從而終止鏈反應,抑制脂質氧化。采用微波輔助提取的黑木耳多糖和超聲波法提取的黑木耳多糖均能夠抑制脂質過氧化過程,降低脂質過氧化水平。竹蓀水溶性多糖可以降低受試小鼠體內MDA的含量,同時減輕脂褐質水平。褐蘑菇水溶性多糖對雙氧水誘導的紅細胞氧化溶血及血漿MDA生成有很強的抑制作用。
螯合過渡金屬離子
     多酚環上的羥基通過與鐵二價離子或銅二價離子絡合，避免了脂質過氧化反應,從而抑制氧自由基的產生。如，鐵二價離子既能介導脂質過氧化，也是·OH產生的催化劑。食用菌多糖或多酚提取物可以通過螯合過渡金屬離子來抑制氧自由基的產生且螯合能力也是隨著提取物濃度的增加而增加。
     5種野生蘑菇水提物和醇提物均有螯合亞鐵離子的作用，其中，水提物螯合亞鐵離子的能力比醇提物更強。馬來西亞錐形濕傘菌的甲醇提取物在濃度20mg/mL時螯合金屬離子能力達到94%。紅菇的乙醇提取物在濃度5mg/mL時螯合亞鐵離子能力達到58%。7種不同羊肚菌的甲醇提取物對過渡金屬離子的螯合能力隨著提取物濃度的增加而增加。
激活機體抗氧化體系相關酶
     機體自身的抗氧化體系包括酶系統和非酶系統。超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和過氧化氫酶（CAT）等是體內主要的抗氧化酶,這些酶可以清除自由基和脂質過氧化物，如，SOD可清除超氧陰離子自由基，GSH-Px可清除脂質過氧化物，而CAT可清除紅細胞及線粒體中的雙氧水。機體內一些小分子物質（如，Vc、VE和GSH等）則構成體內抗氧化的非酶系統。
     食用菌中多糖或多酚可以通過抑制氧化酶系（如，過氧化物酶、脂氧化酶以及P-450酶系等）或激活抗氧化酶來發揮抗氧化作用。大球蓋菇多糖（SRP）可使小鼠MDA含量顯著降低、GSH-Px活性和總抗氧化能力顯著提高。竹蓀子實體水溶性多糖可提高小鼠體內中SOD、GSH-Px活性。白蘑菇的乙醇提取物可提高小鼠肝臟、心臟和血清中抗氧化酶的活性。
其他抗氧化機理
     抗氧化物質還可以通過提高免疫淋巴細胞活性、增強機體免疫能力而起到抗氧化作用。正常情況下,淋巴細胞需要一定的活性氧存在才能開展其正常的防御功能,如果活性氧過量,就容易產生氧化損傷而失去免疫活性。谷胱甘肽（GSH）、N-乙酰半胱氨酸（NAC）、硫代脯氨酸（TP）和牛磺酸（TAU）對小鼠淋巴細胞有促增殖作用,當GSH濃度為5mmol/L，TP濃度為1mmol/L，NAC和TAU濃度為40mmol/L時,對淋巴細胞促增殖作用最大。血紅鉚釘菇菌絲體多糖GRMP1和GRMP2具有一定的抗淋巴細胞增殖活性。