凡两种或两种以上抗氧剂混合使用，其抗氧化效果往往大于单一使用之和。这种现象称为抗氧化剂的协同作用。一般认为，这是由于不同抗氧化剂可以分别在不同的阶段终止油脂氧化的链锁反应。抗氧化剂在油中的溶解性影响抗氧化效果。

如水溶性的抗坏血酸可以用其棕榈酸酯的形式用于油脂的抗氧化。可将它以浓溶液的形式在搅拌条件下直接加入。和防腐剂不同，添加抗氧化剂的量和抗氧化效果并不总是正相关， 并必须在排除氧的条件下搅拌一段时间，就能保证抗氧化剂体系能均匀地分散至整个油脂中。

另一种协同作用即主抗氧化剂同其他抗氧化剂和金属离子螯合剂复合使用，例如抗坏血酸可以作为主抗氧化剂再生剂。氧的清除剂、金属螯合剂、其氧化褐变产物也具有抗氧化活性。例如，生育酚在较低的浓度，即相当于它在粗植物油中的浓度，就能产生很高的效力。

但在某些条件下，生育酚有具有助氧化作用。上述两种协同作用已被实践证明，油溶性抗氧化剂常使用溶剂载体将它们并入油脂或含脂食品。当超过一定浓度后，不但不再增强抗氧化作用，反而具有促进氧化的效果，这些抗氧剂溶剂是丙二醇或丙二醇与甘油一油酸酯的混合物，抗氧化剂加入到纯油中，并在油脂抗氧化中普遍采用。