Jedním z nejbohatších zdrojů antioxidantů z hlediska jejich zastoupení v lidské výživě jsou bramborové hlízy. Obsah antioxidantů v lidské výživě snižuje ve značné míře aterosklerotické procesy (ateroskleróza je onemocnění, které postihuje naše tepny a může vést k jejich postupnému zúžení až uzávěru), inhibuje akumulaci cholesterolu v krevním séru a zvyšuje resistenci cévních stěn. Mnohé antioxidanty snižují riziko koronárních srdečních onemocnění a redukují volné radikály. Antioxidanty mohou zachycovat volné radikály předtím, než mohou škodit, a mohou bránit rozšíření oxidačního poškození. Bylo zjištěno, že antioxidanty zpomalují, blokují nebo zabraňují oxidačním změnám látek v lidském těle a buňkách. Antioxidanty díky jejich chemické struktuře mohou být rozděleny na polyfenoly (flavonoidy, antokyany a fenolkarboxylové kyseliny), karotenoidy (karoteny – prekursory vitaminu A a xanthofyly) a tokoferoly (vitamin E). Silnou antioxidační aktivitu má také askorbová kyselina (vitamin C) a selen. Hlízy brambor představují významný zdroj antioxidantů ve výživě lidí a z hlediska množství jejich konzumace mohou zaujímat přední místo mezi rostlinnými zemědělskými produkty zajišťujícími nezbytný denní příjem antioxidantů. Z antioxidantů obsahují nejvíce polyfenolů (1 226–4 405 mg/kg) a askorbové kyseliny (170–990 mg/kg). Z ostatních antioxidantů jsou zde zastoupeny karotenoidy (4–4,5 mg/kg), alfa-tokoferol (0,5–2,8 mg/kg) a v menším množství selen (0,01 mg/kg) či alfa-lipoová kyselina.
Bramborové hlízy obsahují polyfenolické sloučeniny reprezentující substráty pro enzymové hnědnutí brambor, které se objevuje během loupání nebo krájení syrových hlíz brambor. Běžný obsah celkových polyfenolů se pohybuje v hlízách brambor v rozmezí 422–834 mg/kg, ve slupkách však může být obsaženo až dvojnásobné množství. Chlorogenová kyselina je hlavní polyfenolickou složkou brambor s bílou a žlutou dužninou, může představovat až 90 % celkového obsahu polyfenolů.
Askorbová kyselina (L-askorbát) je hlavním přírodním inhibitorem enzymového hnědnutí brambor a její koncentrace v bramborách ovlivňuje stupeň a rychlost tohoto procesu. Askorbová kyselina obsažená v hlízách přitahuje pozornost vzhledem k jejímu obsahu a podílu konzumovaných brambor, kde představuje důležitý zdroj vitaminu C v lidské výživě. Brambory jsou velmi bohaté na askorbovou kyselinu (170–990 mg/kg). Dokonce i ve vařených hlízách brambor zůstává průměrně 130 mg askorbové kyseliny na kg a v bramborách pečených v mikrovlnné troubě 151 mg v kilogramu. Obsah askorbové kyseliny je ovlivněn řadou vnějších i vnitřních faktorů, jako jsou odrůda, rok pěstování, způsob pěstování, podmínky prostředí, stadiem zralosti hlíz, skladovacími podmínkami a mnoha dalšími.
Také karotenoidy jsou účinnými antioxidanty v antioxidační síti. V bramborech jsou zastoupeny v průměrném množství 3,43 mg/kg u tetraploidních kultivarů a 14,35 mg/kg u diploidních kultivarů. Největší koncentrace je ve slupkách, nejmenší pak v dužnině. Celkový obsah karotenoidů je nejvyšší v raném stádiu vývoje hlízy, se zvyšováním sušiny se jeho obsah snižuje a koreluje exponenciálně dobře s intenzitou žlutého zbarvení dužniny. V českých odrůdách brambor se celkový obsah karotenoidů pohybuje v rozmezí 0,16 až 6,36 mg/kg s průměrnou hodnotou 1,94 mg/kg. Nejvíce zastoupené jsou lutein (0,13–0,60 mg/kg) a beta‑karoten (0,03–0,40 mg/kg), u raných odrůd jsou hlavními složkami lutein (0,12 mg/kg), zeaxanthin (0,04 mg/kg) a beta‑karoten (0,01 mg/kg). Zeaxanthin přispívá k oranžovému odstínu zabarvení dužniny. Během skladování se celkový obsah karotenoidů snižuje jen nepatrně.
Antokyany v dietě představují účinné antioxidanty, jejichž denní příjem je odhadován až na 180 mg na osobu. Jsou hlavně obsaženy v červeně, fialově a modře zbarvených slupkách a dužnině bramborových hlíz a chrání lidský organismus proti oxidantům, volným radikálům a vyšším hladinám LDL cholesterolu. Brambory s červeně nebo fialově až modře zbarvenou dužninou vykazují až 2,5krát vyšší antioxidační aktivitu ve srovnání s bramborami žlutomasými. Přírodní variace kultivovaných brambor zahrnuje typy, které jsou červeně a modře zbarveny díky přítomnosti antokyanů ve slupce nebo dužnině. Obsah antokyanů je odhadován na 20–400 mg/kg čerstvé hmotnosti hlíz.
Selen je esenciální stopový prvek, který má zásadní význam pro lidské zdraví. Jako součást bílkovin a enzymů chrání buňku i celý organismus před oxidačním poškozením a z toho pramenícími nemocemi. Nedostatek selenu má za následek zvýšené riziko kardiovaskulárních chorob a rakoviny. Relativně dostatečné množství mezi plodinami představuje obsah selenu v bramborách (0,01 mg/kg). Průměrný denní příjem selenu na osobu je 0,03 mg a příspěvek střední porce brambor z tohoto celkového množství se odhaduje na 6,0 %.
Z dalších antioxidantů jsou hlízy brambor také bohaté na alfa-tokoferol – vitamin E (0,5–2,8 mg/kg) a alfa-lipoovou kyselinu, známou jako růstový faktor brambor.