亲核取代反应简称SN。饱和碳上的亲核取代反应很多。例如，卤代烷能分别与氢氧化钠、醇钠或酚钠、硫脲、硫醇钠、羧酸盐和氨或胺等发生亲核取代反应，生成醇、醚、硫醇、硫醚、羧酸酯和胺等。醇可与氢卤酸、卤化磷或氯化亚砜作用，生成卤代烃。卤代烷被氢化铝锂还原为烷烃，也是负氢离子对反应物中卤素的取代。当试剂的亲核原子为碳时，取代结果形成碳-碳键 ，从而得到碳链增长产物，如卤代烷与氰化钠、炔化钠或烯醇盐的反应。由于反应物结构和反应条件的差异，SN有两种机理，即单分子亲核取代反应SN1和双分子亲核取代反应SN2。SN1的过程分为两步:第一步，反应物发生键裂(电离)，生成活性中间体正碳离子和离去基团;第二步，正碳离子迅速与试剂结合成为产物。总的反应速率只与反应物浓度成正比，而与试剂浓度无关。S N2为旧键断裂和新键形成同时发生的协同过程。反应速率与反应物浓度和试剂浓度都成正比。能生成相对稳定的正碳离子和离去基团的反应物容易发生SN1，中心碳原子空间阻碍小的反应物容易发生SN2 。如果亲核试剂呈碱性，则亲核取代反应常伴有消除反应，两者的比例取决于反应物结构、试剂性质和反应条件。低温和碱性弱对SN取代有利。
亲核取代反应，或称亲核性取代反应，通常发生在带有正电或部分正电荷的碳上，碳原子被带有负电或部分负电的亲核试剂(Nu:-)进攻而取代。
化学性质卤代烃是一类重要的有机合成中间体，是许多有机合成的起始原料,它能发生许多化学反应,如取代反应、消去反应等。卤代烷中的卤素容易被许多亲核试剂(Nu)如─OH、─OR、─CN、NH3或H2NR取代,生成相应的醇、醚、腈、胺等化合物，一般反应式可写为： R─X＋:Nu─→R─Nu＋:X
碘代烷最容易发生取代反应，溴代烷次之，氯代烷又次之,芳基和乙烯基卤代物由于碳－卤键连接较为牢固,很难发生类似反应。
卤代烃可以发生消去反应，在碱的醇溶液中的作用下脱去卤化氢生成碳－碳双键或碳－碳叁键：
如：溴乙烷在氢氧化钠的醇溶液中发生消去反应，生成乙烯气体和溴化钠和水。
邻二卤化合物除可以进行脱卤化氢的反应外,在锌粉(或镍粉)作用下还可发生脱卤反应生成烯烃。此外,某些卤代烃在强碱的作用下，能够发生 α-消除,从而产生卡宾。例如，氯仿与叔丁醇钾反应，产生二氯卡宾等：卤代烃
卤代烃能与某些金属作用，生成金属有机化合物，例如与锂、镁等反应，生成有机锂、有机镁化合物，它们都是有机合成中极重要的试剂，其中镁试剂称为格利雅试剂。
