SOD 的催化作用是通過金屬離子 Mn+1 (氧化態)和 Mn (還原態)的交替電子得失實現的。
一般認為 超氧陰離子自由基首先與金屬離子形成內界配合物，Mn+1被體內的 超氧陰離子自由基還原為 Mn ，同時生成 O2 ，Mn又被 HO2· 氧化為 Mn+1 ，同時生成 H2O2 。而 SOD 又被氧化為初始氧化態的 SOD。最后，H2O2在過氧化氫酶的作用下，被催化分解為水（H2O）和 O2 。
