על פי מסיסותם של נוגדי חמצון, ניתן לחלק אותו לשתי קטגוריות: נוגדי חמצון מסיסים-במים ונוגדי חמצון מסיסים-בשומן. נוגדי חמצון מסיסים במים- נמצאים בדרך כלל במטריקס הציטופלסמי ובפלזמה, בעוד שנוגדי חמצון מסיסים בשומן-מגנים על השומנים של קרומי התא מפני חמצון. תרכובות אלו עוברות סינתזה ביולוגית בגוף האדם או נבלעות באמצעות תזונה. נוגדי חמצון שונים מופצים בנוזלי הגוף וברקמות בטווח מסוים של ריכוזים. גלוטתיון וקו-אנזים Q10 נמצאים בעיקר בתאים, בעוד שנוגדי חמצון אחרים כגון חומצת שתן מופצים יותר (ראה טבלה למטה לפרטים). נוגדי חמצון מסוימים נמצאים רק ברקמות גוף ספציפיות מסוימות בגלל ההשפעות נוגדות החמצון שלהם וגם פתוגנים חשובים וגורמים פתוגניים.
תרכובות מסוימות מתואמות וקליאטות עם מתכות מעבר כדי למנוע מהמתכת לזרז ייצור של רדיקלים חופשיים בתאים, ובכך ממלאות תפקיד בהגנה נוגדת חמצון. נקודה חשובה במיוחד בשיטת הגנה נוגדת חמצון זו היא לבודד יוני ברזל באמצעות קלציית קואורדינציה, מכיוון שיוני ברזל הם המפתח לכמה חלבונים קושרים לברזל, כגון טרנספרין ופריטין. . סלניום ואבץ נחשבים בדרך כלל כנוטריינטים נוגדי חמצון. לשני היסודות הללו אין השפעה נוגדת חמצון אך יכולים למלא תפקיד בפעילותם של כמה אנזימים נוגדי חמצון.
