Benzén sa musí podrobiť procesu bioaktivácie, aby mal toxickú aktivitu. Metabolity zodpovedné za toxické a karcinogénne účinky sú voľné radikály.
Voľné radikály (najmä kyslíkové voľné radikály) sú energeticky nestabilné a vysoko reaktívne molekuly. Benzén podlieha oxidačnej reakcii pečeňovým mikrozomálnym systémom a potom cytochrómom P450 so zavedením dvoch hydroxylových skupín - OH. Hydrochinón pochádzajúci z oxidácie benzénu sa stáva veľmi dôležitým substrátom enzýmu prítomného v kostnej dreni. Enzým je myeloperoxidáza, ktorá katalyzuje transformáciu tohto hydrochinónu na radikál.
Vytvorený voľný radikál je odvodený z prasknutia väzby kyslík-vodík hydroxylovej skupiny. Kyslík má nepárový elektrón uvoľňovaný vodíkom počas rozbitia väzby, čím poskytuje kyslík silné reaktívne charakteristiky. Aktivita, ktorú tento radikál má, je veľmi nebezpečná, pretože blokuje produkciu buniek v kostnej dreni.
