Benzen, để có một hoạt động độc hại, phải trải qua quá trình hoạt hóa sinh học. Các chất chuyển hóa chịu trách nhiệm cho hành động gây độc và gây ung thư là các gốc tự do.
Các gốc tự do (đặc biệt là các gốc oxy tự do) là các phân tử không bền và có khả năng phản ứng cao. Benzen trải qua phản ứng oxy hóa bởi hệ thống microsome của gan, sau đó là cytochrom P450, với sự ra đời của hai nhóm hydroxyl - OH. Hydroquinone có nguồn gốc từ quá trình oxy hóa benzen trở thành chất nền rất quan trọng của một loại enzyme có trong tủy xương. Enzyme là một myeloperoxidase xúc tác sự chuyển hóa hydroquinone này thành một gốc.
Các gốc tự do được hình thành xuất phát từ sự phá vỡ liên kết oxy-hydro của nhóm hydroxyl. Oxy trình bày một electron chưa ghép cặp được tạo ra bởi hydro trong quá trình phá vỡ liên kết, do đó tạo ra các đặc tính phản ứng mạnh của oxy. Hoạt động mà gốc này có rất nguy hiểm vì nó ngăn chặn sự sản xuất các tế bào trong tủy xương.
