茶多酚的结构决定其具有良好的抗氧化活性。茶多酚含有大量的稠环芳香烃，大部分是含有多个邻位羟基的多元酚，拥有较强的供氢能力，能清除环境中的活性氧，减少氧自由基的生成并可夺取氧化过程中产生的过氧化自由基。金属离子对氧化反应具有催化作用，金属离子遇到茶多酚，会与其邻位酚羟基螯合，从而降低对氧化反应的催化作用。另外，茶多酚能与反应体系中的氧化酶结合，形成复合物，从而降低该酶对氧化反应的催化作用。
用于水产品中的贮藏
水产品是人类食物结构的重要组成部分，品种繁多，营养丰富，因而得到广大消费者的喜爱。但是，水产品及其制品在加工贮藏过程中容易变质。引发水产品腐败变质的主要原因是细菌侵染，主要的细菌是假单胞类细菌。冷藏条件下，添加茶多酚能明显降低梅鱼鱼丸的细菌总数，使其挥发性盐基氮含量、pH值均处于相对较低水平。茶多酚能够较好地保持水产品在冷藏期间的鲜度，抑制水产品在冷藏过程中肌原纤维蛋白的氧化。
茶多酚主要通过破坏细菌细胞膜的结构，影响细菌核酸、磷脂等重要成分的合成及能量代谢，阻碍蛋白正常表达，从而影响细胞结构组成及酶的活性，最终导致细菌丧失正常的生理功能，发挥保鲜功能。
用于肉类及肉制品中贮藏
肉类在加工、储藏过程中常常因细菌滋生而发生腐败变质，需要加入保鲜剂以实现保鲜。随着人们对食品安全意识的不断提高，生物保鲜剂茶多酚因而得到广泛应用。茶多酚能够显著抑制猪肉中微生物的生长，抑制脂质氧化，延缓猪肉品质劣变，保持良好的食用品质，从而实现保鲜。茶多酚具有较强的抗氧化作用，能很好地降低酸价和过氧化值，同时可以改善牛肉棒的亮度和黄度，降低红度下降速率，实现保色护色的功效。茶多酚对手撕牛肉有明显的抗氧化效果，根据羰基价的变化情况，确定茶多酚的添加较适范围为0.15～0.225 g/kg。
茶多酚之所以在肉制品中能够起到良好的保鲜作用，延缓腐败变质过程，主要是因为其具有抑菌性，能够抑制多种细菌的增殖，从而降低脂肪氧化的反应速率，延缓肉类腐败变质的进程，延长其保鲜期。
用于水果蔬菜中的贮藏
水果和蔬菜是世界上仅次于粮食的农产品，富含水分和各种营养物质，采摘后容易受到微生物的污染和机械损伤，进而导致腐败变质。水果和蔬菜自身还会进行呼吸作用，其呼吸作用越强，营养成分流失越多，食用品质越差，保存时间越短。因此，采用适当的方法来贮藏保鲜非常必要。我国普遍使用的水果保鲜剂有扑海因、多菌灵、特克多、苯来特、甲基托布津、二氧化硫和仲丁胺等，这些都是化学杀菌剂，存在致癌或潜在致癌、致突变和致畸的可能性。
茶多酚作为生物类食品保鲜剂，具有广谱抗菌性、天然性、高效性和无毒等优点，据报道，在新鲜水果蔬菜表面喷洒低浓度的茶多酚溶液，可降低其呼吸强度，抑制细菌繁殖，减缓色素降解，保持蔬菜水果原来的色泽；同时还可减少维生素C的降解，延长保鲜期，保持营养。
用于油脂中的贮藏
新鲜的大豆油存放30 d之后，过氧化值会发生很大的改变。食用过氧化值超标的生油，会危害消费者的健康，所以在油脂中添加一定量的抗氧化剂是必要的。茶多酚抗氧化性能很强，对豆油、猪油等具有很好的抗氧化效果，且其抗氧化作用与茶多酚浓度相关。将LTP添加到新鲜猪油中，与原料茶多酚、人工合成抗氧化剂比较其过氧化值的变化，结果表明：LTP和TBHQ抗氧化效率接近，其效果好于未改性TP和BHA。对火麻仁油的抗氧化效果显示LTP具有良好的抗氧化作用，且效果好于BHT。
茶多酚的羟基作为供氢体结合脂肪酸中的游离基，使脂肪酸氧化的连锁反应中断，抑制形成氢过氧化物。同时，脂溶性茶多酚可以螯合油脂中的微量变价金属元素，使之催化活性丧失，从源头上可终止自由基链式反应。另外，酚羟基自身也容易发生氧化作用，从而降低油脂中的含氧量，延缓油脂被氧化。
用于糕点及乳制品中的贮藏
茶多酚还可以用于糕点及乳制品。对高脂肪糕点(蛋糕、月饼)及乳制品(奶酪、奶粉)，加入适量的茶多酚，可以使其保持原有的风味，并能够抑制细菌滋生，防止腐败变坏，延长食品的货架期。同时，还能有效去除甜味"酸尾"，达到味感甘爽的效果。
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