กลุ่มเอนไซม์ไซโทโครม P450จะทำงานร่วมกันเพื่อเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโมเลกุลแปลกปลอมโดยใช้ลิแกนด์ที่แตกต่างกันออกไปในการเกิดปฏิกิริยา ด้วยการที่เอนไซม์เหล่านี้มีตำแหน่งกัมมันต์ขนาดใหญ่และมีความสามารถในการเข้าจับกับซับสเตรตได้มากกว่า 1 ชนิดในเวลาเดียวกัน ทำให้การเมแทบอไลซ์สารเคมีทั้งที่มีแหล่งที่มาจากภายนอกและภายในร่างกายของเอนไซม์เหล่านี้มีความซับซ้อนเป็นอย่างมาก ซึ่งรวมไปถึงการเกิดไฮดรอกซิเลชัน, อีพ็อกซิเดชันของโอเลฟิน (olefin), การเกิดออกซิเดชันของสารประกอบแอโรมาติด สารประกอบอัลดีไฮด์และเฮเทอโรอะตอม , การเกิดปฏิกิริยา N- และ O- ดีอัลคิเลชัน, ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน และการทำงานของเอนไซม์แอโรมาเทส[13][14]

การเกิดไฮดรอกซิเลชันของพันธะ sp3 C-H เป็นหนึ่งในกลไกที่ CYP3A4 (และไซโทโครม P450 ออกซีจีเนสอื่น) เข้าทำปฏิกิริยากับลิแกนด์[15] แต่โดยส่วนมากแล้ว หลังการเกิดไฮดรอกซิเลชันบางครั้ง จะเกิดปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันตามมาภายหลัง ทำให้สารเมแทบอไลท์ที่ได้มีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น[14] ตัวอย่างสารที่เกิดเมแทบอลิซึมด้วย CYP3A4 มากกว่า 1 ปฏิกิริยา ได้แก่ ทาม็อกซิเฟน ซึ่งเมื่อเกิดไฮดรอกซิเลชันแล้วจะได้สารเมแทบอไลต์แรกเป็น 4-ไฮดรอกซี-ทาม็อกซิเฟน จากนั้นจะถูกดีไฮโดรจีเนตจนได้เป็นสารเมแทบอไลต์ชนิดที่ 2 คือ 4-ไฮดรอกซี-ทาม็อกซิเฟน ควิโนนมีไทด์ (4-hydroxy-tamoxifen quinone methide)[14] โดยกลไกที่คาดว่าเป็นกลไกการเกิดไฮดรอกซิเลชันของเอนไซม์ในไซโทโครม P450 ได้แก่ cage-controlled radical method ("oxygen rebound") และ concerted mechanism ซึ่งไม่ต้องอาศัยสารอนุมูลมัธยันตร์ (radical intermediate) ในการเกิดปฏิกิริยา แต่สามารถเข้าเมแทบอไลซ์ซับสเตรตได้อย่างรวดเร็วผ่านสารประกอบพวก "radical clock"[15]