Podstawowym typem reakcji, jakim ulegają halogenki alkilowe jest substytucja nukleofilowa. W reakcjach substytucji nukleofilowej, atom fluorowca ulega podstawieniu (substytucji) innym atomem lub grupą o charakterze nukleofilowym (nukleofilem). Nukleofil to atom, cząsteczka lub jon posiadający wolną parę elektronową, która może uczestniczyć w reakcjach chemicznych. Nukleofile mogą być zarówno obojętne elektrycznie (cząsteczka wody H₂O, cząsteczka amoniaku NH₃) jak i naładowane ujemnie (jony halogenkowe X^-, grupa hydroksylowa OH^-). Według teorii kwasów i zasad Lewisa – nukleofile są zasadami – donorami wolnej pary elektronowej. Reakcje substytucji nukleofilowej mogą przebiegać według dwóch mechanizmów: S_N1 i S_N2, zależnie od struktury halogenku alkilowego i rodzaju nukleofila.

Mechanizm 

Mechanizm S_N1 (substytucja nukleofilowa jednocząsteczkowa) jest dwuetapowy. W pierwszym etapie od cząsteczki substratu (np. halogenku alkilowego) odłącza się grupa odchodząca, w przypadku halogenków alkilowych jest to jon X^- i powstaje dodatnio naładowany produkt pośredni – karbokation (z ładunkiem dodatnim na atomie węgla, do którego przyłączona była grupa odchodząca – fluorowiec). Karbokation jest