鹵代烷在發生E2反應時，堿首先進攻β-氫，并逐漸與之結合，β-碳原子與氫原子之間的共價鍵部分斷裂；與此同時，中心碳原子與鹵素之間的共價鍵也部分斷裂，鹵素X帶著一對電子逐漸離開中心碳原子。在此期間電子云也重新分配，α-碳原子與β-碳原子間的π鍵已部分形成，經過如下所示過渡態后，反應繼續進行，最后生成烯烴。反應過程與SN2反應類似，只形成過渡態，沒有中間體生成，反應一步完成，反應速率既與底物鹵代烴的濃度成正比，又與堿的濃度成正比，所以稱為雙分子消除反應。
鹵代乙烷在KOH作用下的消除反應機理表示如下：
由此可見，β-C—H鍵和α-C—X鍵越容易斷裂，生成的烯烴越穩定，E2反應越容易進行。反應活性規律總結如下：
1、羥基結構不同的鹵代烷反應活性順序為：R3CX > R2CHX > RCH2X。
這是因為在E2反應過渡態中鍵已部分形成，過渡態具有類烯烴的結構特征，雙鍵上的取代基越多越穩定，反應所需要克服的活化能越低，反應越容易進行；
2、試劑的堿性越強，β-C—H鍵越容易斷裂，反應越容易進行；
3、離去基團越容易離去，反應越有利。
對于不同鹵素取代的鹵代烴的反應活性：RI>RBr >RCl。
