在酯化反应中，存在着一系列可逆的平衡反应步骤。步骤②是酯化反应的控制步骤，而步骤④是酯水解的控制步骤。这一反应是SN2反应，经过加成-消除过程。
采用同位素标记醇的办法证实了酯化反应中所生成的水是来自于羧酸的羟基和醇的氢。但羧酸与叔醇的酯化则是醇发生了烷氧键断裂，中间有碳正离子生成。
判定酯化反应中生成的水中氧原子来自羧基的另一个判据是有光活性的醇形成的酯仍然有光活性，因为若氧来自羟基，则羧基的氧进攻醇的不对称碳时，会引起消旋，即生成的酯会外消旋失去光活性。
在酯化反应中，醇作为亲核试剂对羧基的羰基进行亲核攻击，在质子酸存在时，羰基碳更为缺电子而有利于醇与它发生亲核加成。如果没有酸的存在，酸与醇的酯化反应很难进行。
对于反应活性:甲酸>直链羧酸>侧链羧酸>芳香酸;
甲醇>伯醇>仲醇>叔醇>酚(以上机理进适用之仲醇，即2℃醇)。
