DNA去甲基化由DNA去甲基化酶催化。
DNA去甲基化是在DNA糖苷酶的作用下脫掉甲基化堿基的反應，等同于被損傷的DNA在糖苷酶及無堿基核酸酶酶切偶聯催化下的修復反應。5一甲基胞嘧啶糖基化酶是體內侯選去甲基化酶。
此外，甲基化CpG結合蛋白如MBD2等也具有去甲基化酶的活性。
