Benzen, toksik bir aktiviteye sahip olmak için, bir biyoaktivasyon işlemine tabi tutulmalıdır. Toksik ve kanserojen etkiden sorumlu metabolitler serbest radikaldir.
Serbest radikaller (özellikle serbest oksijen radikalleri), enerji açısından kararsız ve yüksek oranda reaktif moleküllerdir. Benzen, hepatik mikrozomal sistem, sonra sitokrom P450 ile iki hidroksil grubunun (OH) katılmasıyla oksidasyon reaksiyonundan geçer. Benzen oksidasyonundan kaynaklanan hidrokinon, kemik iliğinde bulunan bir enzimin çok önemli bir substratı haline gelir. Enzim, bu hidrokinonun bir radikal haline dönüşümünü katalize eden bir myeloperoksidazdır.
Oluşan serbest radikal, hidroksil grubunun oksijen-hidrojen bağının parçalanmasından gelir. Oksijen bağ kırılması sırasında hidrojen tarafından üretilen eşlenmemiş bir elektron sunar, böylece oksijene güçlü reaktif özellikler kazandırır. Bu radikalin etkinliği çok tehlikelidir çünkü kemik iliğinde hücre üretimini engeller.
