番茄红素可深入清除血管垃圾，调节血浆胆固醇浓度，保护低密度脂蛋白（LDL）不受氧化，还可修复完善被氧化的细胞，促进细胞间胶质形成，增强血管柔韧度。一项调查研究显示，血清番茄红素浓度与脑梗死和脑出血的发病机率呈负相关。
番茄红素抗家兔动脉粥样硬化的研究表明，番茄红素能有效地降低家兔血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，其效果与氟伐他汀钠相当。
另有研究显示，番茄红素对局部脑缺血有保护作用，其主要通过抗氧化、清除自由基作用抑制神经胶质细胞活性，缩小脑灌注损伤的面积。