Vez C-X v halogenoalkanu je kovalentna polarna, elektronski par v vezi je premaknjen k halogenu. Na slki si oglejte porazdelitev elektrostatičnega potenciala (elektronske gostote) na površini molekul halogenometanov.
Na ogljikovem atomu je primanjkljaj elektronov (modra barva) in zato je ugodno, da se temu atomu približa nukleofilni reagent (delec s pribitkom elektronov). Na animaciji si oglejte prikaz mehanizma reakcije. V prehodnem stanju sta na ogljikov atom vezana tako vzstopjoči nukleofilni reagent (OH—) kakor tudi izstopajoča skupina (Br—). Ko halogenidni (npr. bromidni) ion molekulo zapusti, se na ogljik, kjer je bil vezan, lahko kovalentno veže nukleofilni reagent in nastane nova spojina, če se veže OH— ion, je nova spojina alkohol.
Reakcija, pri kateri eno skupino v molekuli zamenja druga, se imenuje substitucija. Ker je reagent, ki zamenja skupino v molekuli, nukleofil, je to nukleofilna substitucija. Reakcija pretvorbe halogenoalkanov v alkohole poteka kot nukleofilna substitucija. Substitucija lahko poteka v eni stopnji, tako da se istočasno, ko halogenidni ion zapušča molekulo, že veže nukleofil. Hitrost reakcije je v primeru odvisna od koncentracije substrata in reagenta, zato se imenuje nukleofilna substitucija drugega reda, kar označujemo SN2.
V primeru reakcije med 1-bromobutanom in raztopino NaOH v etanolu, je reakcija potekla že pri sobni temperaturi, izstopajoči bromidni ion ste dokazali kot rumenkasto oborino AgBr. Brom je v molekuli 1-bromobutana vezan na primarni ogljikov atom. Reakcija je potekla po mehanizmu SN2. Na animaciji si oglejte splošni prikaz tega mehanizma.