Benzen skal gennemgå en bioaktiviseringsproces for at have en toksisk aktivitet. De metabolitter, der er ansvarlige for den toksiske og kræftfremkaldende virkning, er frie radikaler.
Frie radikaler (især oxygenfri radikaler) er energisk ustabile og stærkt reaktive molekyler. Benzen gennemgår oxidationsreaktionen med det hepatiske mikrosomale system og derefter ved cytokrom P450 med indførelsen af to hydroxylgrupper - OH. Hydroquinon stammer fra oxideringen af benzen bliver et meget vigtigt substrat af et enzym til stede i knoglemarven. Enzymet er en myeloperoxidase, som katalyserer omdannelsen af denne hydroquinon til en radikal.
Det frie radikale, der dannes, stammer fra et brud på oxygen-hydrogenbindingen af hydroxylgruppen. Oxygen har en uparret elektron frigivet af hydrogen under brydningen af bindingen, hvilket giver oxygenet stærke reaktive egenskaber. Den aktivitet, som denne radikale har, er meget farlig, fordi den blokerer produktionen af celler i knoglemarven.
