橄榄油中的维生素E，类胡萝卜素和酚类化合物都是抗氧化物质，它们具有对某些疾病的预防作用和抗衰老作用。原生橄榄油的这些抗氧化物质和微量元素的含量最高。
橄榄油中酚类物质的含量与油橄榄树产区气候条件，油橄榄果的采收时间和果实的成熟度密切相关。加工和储存方法对橄榄油中酚类物质也有一定的影响。酚类物质有非常多的生物学作用，比如羟基酪醇对血小板聚集的抑制作用，消炎作用，能促进硝酸形成的油橄榄苦素有很强的血管扩张作用和抗菌作用。氧化的低密度脂蛋白会导致动脉粥样硬化，而橄榄油对低密度脂蛋白具有有效的抗氧化保护作用。它还能提高身体细胞抵御氧化物毒副作用的能力。
纯正的原生橄榄油富含这些物质，具有很强的抗氧化效果，可以起到清道夫的作用，防止自由基引起的损伤，并能预防癌症的形成。
