SOD是催化O₂^-歧化反应的酶类，这种歧化反应属于自身氧化还原反应，O₂^-的歧化反应在H^-存在下，经SOD催化，一半O₂^-氧化为O₂，O₂^-的另一半还原为O₂^2-。

SOD+O₂^-→SOD^-+O₂

SOD^-+O₂^-+2H⁺→SOD+H₂O₂

（SOD：氧化型，SOD^-：还原型）

SOD是生物对抗O₂^-毒性的酶，产物之一H₂O₂又可与O₂^-相互作用（Haber-Weins反应）产生OH·，借以清除细胞内O₂^-。缺氧条件下，培养的大肠杆菌里SOD含量少；有氧条件下，培养的大肠杆菌里SOD含量高。如果将上述两种大肠杆菌置于20个大气压的O₂及N₂条件下培养，当即见到无O₂条件下预先培养的大肠杆菌迅速死亡；有O₂条件下，预先培养的大肠杆菌对O₂有抵抗性，因此，SOD在防止O₂^-的毒性方面具有重要意义。

SOD有含Cu、Zn的SOD（Cu、Zn-SOD），含Fe的SOD（Fe-SOD）及含Mn的SOD（MnSOD）三种存在形式。生物界中，细菌等原核生物及线粒体含有Fe-SOD和Mn-SOD，与高等动物所含的Cu、Zn-SOD相比，其蛋白质部分截然不同。目前从牛红细胞中提取了比较多的Cu、Zn-SOD，其结晶纯品已开始用于临床。各种SOD进行的歧化反应稍有不同，Fielden等测出Cu、Zn-SOD中的Cu有1/4处于还原不被氧化状态，这是因为有一部分Cu与O₂^-进行反应，另一部分处于非反应状态。

Pick等测出大肠杆菌的Mn-SOD对O₂¹的催化反应有两种速度，推测Mn-SOD以三种形式存在并参与反应。

Fe-SOD参与反应的机制与Cu、Zn-SOD一样按两步进行：

SOD生理功能可归纳为：保护细胞，对抗氧的毒性；有助于H₂O₂浓度的调节，对付微生物的侵害。