番茄紅素可深入清除血管垃圾，調節血漿膽固醇濃度，保護低密度脂蛋白（LDL）不受氧化，還可修復完善被氧化的細胞，促進細胞間膠質形成，增強血管柔韌度。一項調查研究顯示，血清番茄紅素濃度與腦梗死和腦出血的發病機率呈負相關。
番茄紅素抗家兔動脈粥樣硬化的研究表明，番茄紅素能有效地降低家兔血清總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平，其效果與氟伐他汀鈉相當。
另有研究顯示，番茄紅素對局部腦缺血有保護作用，其主要通過抗氧化、清除自由基作用抑制神經膠質細胞活性，縮小腦灌注損傷的面積。