抗氧化剂的种类、结构不同，抗氧化作用机制也会不同。食用菌的抗氧化作用机制主要包括：自由基直接清除作用、脂质氧化抑制作用、螯合过渡金属离子、激活体内抗氧化相关酶活性等。
直接清除自由基
     自由基是细胞正常生理活动的代谢产物，主要包括羟自由基(·OH)、超氧阴离子自由基、过氧化脂质、过氧化氢和单线态氧5种自由基。自由基过量堆积会对机体产生危害，如，羟基自由基能产生极强的氧化作用，是造成蛋白质和多糖分解、脂质过氧化、核酸断裂的主要自由基。超氧负离子自由基能引发体内脂质过氧化，加速机体衰老，引发癌症、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机制之一。
     食用菌中黄酮、多酚、多糖可以直接淬灭单线态氧、阻止自由基链式反应及脂质过氧化等来避免机体产生氧化损伤。10mg/mL的平菇乙醇提取物对超氧阴离子自由基的清除率达到60.02%。七种云南产食用菌清除·OH的能力大小为：黄牛肝菌>鸡油菌>块菌>竹荪>黑虎掌>美味牛肝菌>草菇，黄牛肝菌的清除能力最强。野生灵芝的甲醇提取物能较好地清除DPPH+自由基，主要因为含有较多的植物多酚和类黄酮。
抑制脂质过氧化
     正常情况下，氧自由基反应和脂质过氧化反应在机体新陈代谢过程中处于动态平衡状态，维持着机体许多正常的生理生化反应和免疫反应。一旦这种平衡失衡，就会引起氧自由基连锁反应，形成脂质过氧化物(LPO)、丙二醛(MDA)和4-羟基壬烯酸(HNE),从而改变了细胞膜的流动性和通透性,最终导致细胞结构和功能改变。
     食用菌中多糖、黄酮类物质可与脂质链式氧化反应的中间产物(脂自由基或脂氧自由基)反应,从而终止链反应,抑制脂质氧化。采用微波辅助提取的黑木耳多糖和超声波法提取的黑木耳多糖均能够抑制脂质过氧化过程,降低脂质过氧化水平。竹荪水溶性多糖可以降低受试小鼠体内MDA的含量,同时减轻脂褐质水平。褐蘑菇水溶性多糖对双氧水诱导的红细胞氧化溶血及血浆MDA生成有很强的抑制作用。
螯合过渡金属离子
     多酚环上的羟基通过与铁二价离子或铜二价离子络合，避免了脂质过氧化反应,从而抑制氧自由基的产生。如，铁二价离子既能介导脂质过氧化，也是·OH产生的催化剂。食用菌多糖或多酚提取物可以通过螯合过渡金属离子来抑制氧自由基的产生且螯合能力也是随着提取物浓度的增加而增加。
     5种野生蘑菇水提物和醇提物均有螯合亚铁离子的作用，其中，水提物螯合亚铁离子的能力比醇提物更强。马来西亚锥形湿伞菌的甲醇提取物在浓度20mg/mL时螯合金属离子能力达到94%。红菇的乙醇提取物在浓度5mg/mL时螯合亚铁离子能力达到58%。7种不同羊肚菌的甲醇提取物对过渡金属离子的螯合能力随着提取物浓度的增加而增加。
激活机体抗氧化体系相关酶
     机体自身的抗氧化体系包括酶系统和非酶系统。超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）等是体内主要的抗氧化酶,这些酶可以清除自由基和脂质过氧化物，如，SOD可清除超氧阴离子自由基，GSH-Px可清除脂质过氧化物，而CAT可清除红细胞及线粒体中的双氧水。机体内一些小分子物质（如，Vc、VE和GSH等）则构成体内抗氧化的非酶系统。
     食用菌中多糖或多酚可以通过抑制氧化酶系（如，过氧化物酶、脂氧化酶以及P-450酶系等）或激活抗氧化酶来发挥抗氧化作用。大球盖菇多糖（SRP）可使小鼠MDA含量显著降低、GSH-Px活性和总抗氧化能力显著提高。竹荪子实体水溶性多糖可提高小鼠体内中SOD、GSH-Px活性。白蘑菇的乙醇提取物可提高小鼠肝脏、心脏和血清中抗氧化酶的活性。
其他抗氧化机理
     抗氧化物质还可以通过提高免疫淋巴细胞活性、增强机体免疫能力而起到抗氧化作用。正常情况下,淋巴细胞需要一定的活性氧存在才能开展其正常的防御功能,如果活性氧过量,就容易产生氧化损伤而失去免疫活性。谷胱甘肽（GSH）、N-乙酰半胱氨酸（NAC）、硫代脯氨酸（TP）和牛磺酸（TAU）对小鼠淋巴细胞有促增殖作用,当GSH浓度为5mmol/L，TP浓度为1mmol/L，NAC和TAU浓度为40mmol/L时,对淋巴细胞促增殖作用最大。血红铆钉菇菌丝体多糖GRMP1和GRMP2具有一定的抗淋巴细胞增殖活性。