由於番茄紅素分子中有11個共扼雙鍵及2個非共軛雙鍵，使得番茄紅素的穩定性比較差，在一定條件下可發生順反異構化和氧化降解。番茄紅素對氧化反應比較敏感，其溶液經日光照射12小時後，其中的番茄紅素基本上損失殆盡。溶液中的Fe3+和Cu2+會對番茄紅素的光氧化反應起催化作用，而其它金屬離子如K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+等則對其影響不大，所以天然番茄紅素在提取和應用過程中應儘量避免使用鐵製和銅製容器。pH值對番茄紅素也有影響，當用乙醇溶解番茄紅素，並調製成pH值1～14，結果表明，番茄紅素對酸不穩定，對鹼則比較穩定，故番茄紅素作為色素使用時並不適合於酸性飲料。由此可見，影響番茄紅素穩定性的因素有氧、光、金屬離子pH等，故番茄紅素的提取、貯存、加工及分析都應該在對環境因素進行控制的條件下進行。
呈色能力
番茄紅素作為一種天然紅色素，如何保持其最強的著色力是至關重要的。番茄果實中的番茄紅素有兩種存在狀態：其中大部分是以細長的、針狀的結晶形式存在於有色體中，呈現明亮的紅色。當番茄紅素的結晶形成時，質體膜消失，色素結晶自由分散在原生質中，在顯微鏡下觀察時，可以看到小粒狀的有色體，說明了有色體所顯現的顏色;另外一小部分(10%左右)則與蛋白質形成複合體存在於細胞中。番茄紅素以不同的形態存在時具有不同的顏色和強度，而且會隨著溶劑和介質的不同而呈現出不同的顏色。例如，溶解在石油醚中的番茄紅素呈黃色，在二硫化碳中則呈紅色。
溶解性
番茄紅素是脂溶性色素，可溶於其他脂類和非極性溶劑中，不溶於水，難溶於強極性溶劑如甲醇、乙醇等，可溶於脂肪烴、芳香烴和氯代烴如乙烷、苯、氯仿等有機溶劑。番茄紅素在各種溶劑中的溶解度隨著溫度的上升而增大，然而當樣品越純時，溶解越困難。結晶的番茄紅素溶解緩慢，傾向於形成一種超飽和狀態，雖然提高溫度可加速其溶解，但冷卻時可能會出現結晶，這時可利用超聲波加速其溶解。純的番茄紅素雖然不溶於水，但當它與某些物質如蛋白質結合形成複合物時，則具有較高的溶解度。
