efektywnie katalizuje przemianę 1-metyloksantyny (metabolitu kofeiny) do kwasu 1-metylomoczowego; natomiast wobec 3-metyloksantyny wykazuje niewielką aktywność katalityczną.
W niektórych okolicznościach może umożliwić wytworzenie jonu nadtlenkowego: RH + H2O + 2O2 ⇌ ROH + 2O2− + 2H+.
Inne reakcje frameless|left|Schemat przedstawiający szlaki katalizowane przez oksydazę ksantynową. Ponieważ oksydaza ksantynowa jest enzymem wytwarzającym nadtlenki o ogólnej niskiej swoistości, więc może łączyć z innymi związkami oraz enzymami i tworzyć reaktywne utleniacze, a także utleniać substraty.
Początkowo sugerowano, że bydlęca oksydaza ksantynowa (z mleka) posiada miejsce wiążące do redukcji cytochromu c. Jednak teraz wiadomo, że za mechanizm redukcyjny cytochromu c odpowiada produkt uboczny działania oksydazy ksantynowej anionorodnik ponadtlenkowy (O2–•), konkurencyjnie hamowany przez anhydrazę węglanową.
Kolejną reakcją katalizowaną przez oksydazę ksantynową jest rozkład S-nitrozotioli, RSNO (reaktywnej formy azotu) do tlenku azotu (NO), który reaguje z anionorodnikiem ponadtlenkowym tworząc w warunkach tlenowych nadtlenoazotyn (ONOO-).