Le benzène, pour avoir une activité toxique, doit subir un processus de bioactivation. Les métabolites responsables de l'action toxique et cancérigène sont les radicaux libres.
Les radicaux libres (en particulier les radicaux libres d'oxygène) sont des molécules énergiquement instables et hautement réactives. Le benzène subit la réaction d'oxydation par le système microsomal hépatique, puis le cytochrome P450, avec l'introduction de deux groupes hydroxyle - OH. L'hydroquinone provenant de l'oxydation du benzène devient un substrat très important d'une enzyme présente dans la moelle osseuse. L'enzyme est une myéloperoxydase qui catalyse la transformation de cette hydroquinone en radical.
Le radical libre formé provient d'une rupture de la liaison oxygène-hydrogène du groupe hydroxyle. L'oxygène présente un électron non apparié produit par l'hydrogène lors de la rupture de la liaison, ce qui confère à l'oxygène une forte réactivité. L'activité de ce radical est très dangereuse car elle bloque la production de cellules dans la moelle osseuse.
