Tương tác giữa các chất kháng vi sinh vật trong một tổ hợp có thể tạo ra ba kết quả, hiệu ứng đồng vận, cộng hợp hay đối kháng. Đồng vận xuất hiện khi một phối trộn gồm hai hợp chất kháng vi sinh vật có một hoạt tính kháng vi sinh vật lớn hơn tổng hoạt tính của các thành phần đơn lẻ. Hiệu ứng cộng gộp diễn ra khi kết hợp các chất kháng vi sinh vật có tác dụng kết hợp bằng tổng hoạt tính của các hợp chất đơn lẻ. Hiệu ứng đối kháng xuất hiện khi phối trộn các chất kháng vi sinh vật có tác dụng kết hợp kém hơn so với khi dùng đơn lẻ các chất.
Tác dụng kết hợp của một phối trộn được phân tích bằng cách dùng các phép đo MIC để tính toán chỉ số nồng độ ức chế phân số (FIC Index) theo các công thức đã được lập ra: FIC A = MICA+B/MICA , FICB = MICB+A/MICB, FICIndex = FICA + FICB. Trị số MIC A+B là MIC của hợp chất A khi có mặt hợp chất B, và ngược lại với MICB+A. Tính trị số FIC cho chất A hoặc B khi đó cần xác định được MIC của các thành phần đơn lẻ. Theo lý thuyết, một FIC Index gần bằng 1 biểu thị tương tác cộng gộp, trong khi dưới 1 ám chỉ đồng vận và trên 1 tức đối kháng. Tuy nhiên, định nghĩa này đã bị thay thế bằng một định nghĩa khái quát hơn trong đó kết quả FICIndex được hiểu là đồng vận nếu FIC Index < 0,5, cộng gộp nếu 0,5 < FIC Index < 4, hay đối kháng nếu FIC Index > 4.
Hoạt tính kháng vi sinh vật của một tinh dầu nào đó có thể phụ thuộc vào chỉ một hoặc hai thành phần chính cấu tạo nên tinh dầu đó. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều bằng chứng chỉ ra rằng hoạt tính vốn có của tinh dầu có thể không hoàn toàn dựa vào tỉ lệ xuất hiện các thành phần hoạt tính chính, mà còn phụ thuộc vào tương tác giữa chúng và các thành phần phụ có trong tinh dầu. Báo cáo ghi nhận nhiều hoạt tính kháng vi sinh vật khác nhau với các thành phần hay các phần tinh dầu khi thí nghiệm ở dạng phối trộn bộ đôi hay bộ ba. Ví dụ, García-García và các cộng sự (2011) đã phát hiện ra phối trộn bộ đôi có hiệu ứng đồng vận lớn nhất kháng L.
innocua là carvacrol và thymol, và phối trộn bộ ba có hiệu quả nhất là carvacrol,
thymol, và eugenol. Báo cáo về hoạt tính kháng vi sinh vật mạnh hơn của tinh dầu thô so với phối trộn của các thành phần chính đơn lẻ của chúng chỉ ra rằng các thành phần phụ trong tinh dầu thô có vai trò thiết yếu trong hoạt tính và có thể có hiệu ứng đồng vận. Ngược lại với kết luận này, các thành phần phụ có thể cũng gây ra các tương tác đối kháng, mà quan sát được thông qua so sánh tác dụng kháng vi sinh vật của carvacrol nguyên chất với dầu kinh giới có thành phần chính là
carvacrol. Carvacrol nguyên chất hiệu quả hơn 1.500 lần so với tinh dầu thô. Trong số những thành phần tinh dầu đơn lẻ, quan sát thấy hiệu ứng đồng vận của
carvacrol và p-cymene ở B. cereus. Có vẻ như là p-cymene làm phồng màng tế bào, rất có thể giúp carvacrol dễ xâm nhập vào màng tế bào hơn ở đó diễn ra tác dụng của nó. Ngoài ra, Bassolé và các cộng sự ( 2010) chỉ ra rằng nếu kết hợp linalool hay menthol với eugenol thì thu được hiệu quả đồng vận cao nhất, chứng tỏ rằng kết hợp một monoterpenoid phenol với một monoterpenoid cồn cho ra một phối trộn hiệu quả.
Hiện người ta chưa biết nhiều về điều gì chi phối hiệu ứng đồng vận và đối kháng trong các thành phần tinh dầu. Bốn cơ chế tương tác kháng vi sinh vật theo lý thuyết tạo ra hiệu ứng đồng vận gồm có: (i) vài bước ức chế tuần tự trong một quá trình hóa sinh cụ thể, (ii) ức chế các enzyme làm thoái hóa các chất kháng vi sinh vật, (iii) tương tác của một số chất kháng vi sinh vật với thành tế bào, hay (iv)
tương tác với màng hoặc thành tế bào dẫn đến tăng hấp thu các chất kháng vi sinh vật khác. Một khả năng khác dẫn đến hiệu ứng đồng vận có thể là các chất kháng vi sinh vật có các thể thức tác dụng khác nhau, theo đó tấn công hai vị trí khác nhau trên hoặc trong tế bào, mà gián tiếp phụ thuộc lẫn nhau. Kể cả biết ít hơn về nguyên nhân tạo ra hiệu ứng đối kháng, người ta giả thiết rằng nó xuất hiện khi: (i) kết hợp các chất kháng vi sinh vật có tác dụng hãm khuẩn và diệt khuẩn, (ii) các chất kháng vi sinh vật có cùng vị trí tác dụng, (iii) các chất kháng vi sinh vật tương tác với nhau. Những tương tác đồng vận hay đối kháng giả thiết này được căn cứ trên kết quả 15 năm, và với sự xuất hiện của các công nghệ tân tiến trong lĩnh vực này có khả năng sẽ chứng kiến một số tiến bộ lớn trong hiểu biết của chúng ta về cơ chế các hợp chất kháng vi sinh vật tác động lẫn nhau khi cùng hoạt động. Trong thực tiễn, kiến thức cần có để khai thác tận dụng các phối trộn tinh dầu đồng vận trong sản phẩm thực phẩm gồm có (i) vị trí và thể thức tác dụng của mỗi thành phần tinh dầu, và (ii) các cơ chế dẫn đến hiệu ứng đồng vận hay đối kháng giữa một số hợp chất, và (iii) cơ chế mỗi hợp chất tương tác với các thành phần ma trận thực phẩm theo cách tác động đến các đặc tính kháng vi sinh vật của hợp chất đó. Khi đã hiểu rõ hơn cơ chế cụ thể của các tương tác đồng vận thì sẽ dễ tận dụng được những hiệu ứng đồng vận đó bằng cách sử dụng những phối trộn thành phần khéo léo để đối phó với những vi sinh vật làm thực phẩm hỏng thối.