Бензол должен пройти процесс биоактивации, чтобы иметь токсическую активность. Метаболиты, ответственные за токсическое и канцерогенное действие, являются свободными радикалами.

Свободные радикалы (особенно свободные радикалы кислорода) являются энергетически нестабильными и высокореактивными молекулами. Бензол подвергается реакции окисления микросомальной системой печени, а затем цитохромом Р450 с введением двух гидроксильных групп - ОН. Гидрохинон, полученный в результате окисления бензола, становится очень важным субстратом фермента, присутствующего в костном мозге. Фермент представляет собой миелопероксидазу, которая катализирует превращение этого гидрохинона в радикал.

Образующийся свободный радикал происходит из-за разрыва кислород-водородной связи гидроксильной группы. Кислород имеет неспаренный электрон, высвобождаемый водородом во время разрыва связи, что дает кислороду сильные реактивные характеристики. Активность этого радикала очень опасна, поскольку он блокирует выработку клеток в костном мозге.