首先要明确羰基上的亲核反应主要是亲核加成反应，而不是严格意义上的亲核取代反应，虽然在某些特殊情况下该过程存在类似亲核取代的过程。
羰基上亲核反应主要有三种模式：
1. 简单亲核加成模式
反应历程为：亲核试剂（）首先进攻羰基碳。在亲核试剂进攻的同时，羰基的键断裂，电子对转移到氧原子上，形成一个氧负离子中间体（这个过程是反应的关键步骤，反应速率通常取决于亲核试剂的性质、羰基的活性以及反应条件等因素），随后中间体与结合生成氰醇产物；
反应实例：氰基对羰基的加成；
该种模式下底物活性影响因素主要有两种：
电子效应：羰基碳的正电性是影响亲核加成反应的重要因素。当羰基连有吸电子基团时，会增强羰基碳的正电性，从而提高羰基的亲核反应活性。例如，在三氯乙醛中，三个氯原子的吸电子作用使得羰基碳的正电性大大增强，与亲核试剂的反应比普通乙醛更迅速。
空间位阻：羰基周围的空间位阻对亲核加成反应有显著影响。空间位阻越小，亲核试剂越容易接近羰基碳，反应越容易进行。一般来说，醛比酮更容易发生亲核加成反应，因为醛羰基只有一个烃基，而酮羰基有两个烃基，空间位阻相对较大。
2. 加成 - 消除模式（类似亲核取代的过程）
反应历程为：首先是亲核试剂（）对羰基进行加成，形成四面体中间体（这步与简单亲核加成反应的起始步骤类似）。然后，这个中间体发生消除反应，离去基团（）从中间体中脱离，完成整个反应过程。
反应实例：酰氯到酰胺；
底物活性影响因素：
离去基团的性质：在加成 - 消除模式中，离去基团的离去能力是一个关键因素。一般来说，离去基团的碱性越弱，其离去能力越强。见：酸的pKa取决于它的共轭碱的稳定性。如，在酰氯、酯和酰胺这三种羰基化合物中，酰氯的氯原子是一个很好的离去基团，因为氯离子的碱性很弱，所以酰氯最容易发生这种加成 - 消除反应；而酰胺中的氨基碱性较强，是一个较差的离去基团，酰胺发生类似反应就相对困难得多。
羰基的电子效应和空间位阻：与简单亲核加成反应类似，羰基碳的正电性和周围的空间位阻也会影响反应。电子效应和空间位阻会影响亲核试剂对羰基的加成步骤，进而影响整个反应的速率和可行性。
3. 共轭加成模式
该种模式主要针对α,β-不饱和羰基化合物，反应历程可以通过两种途径进行反应：一种是直接对羰基进行常规的亲核加成，另一种是对β-碳进行共轭加成。
在共轭加成反应中，亲核试剂首先进攻β-碳，形成一个碳负离子中间体，然后碳负离子中间体与羰基发生分子内的反应，恢复羰基的双键，同时在α-碳上形成新的化学键。
底物活性影响因素：
共轭体系的影响：α,β-不饱和羰基化合物共轭体系的稳定性和电子分布对共轭加成反应有重要影响。如果共轭体系受到其他因素的影响，如存在额外的共轭基团或吸电子基团，会改变亲核试剂的进攻位置和反应的选择性。 亲核试剂的性质：不同性质的亲核试剂对α,β-不饱和羰基化合物的进攻方式有选择性。一些亲核试剂倾向于进行直接的羰基亲核加成，而另一些亲核试剂，特别是那些具有较强亲核性和较小空间位阻的试剂，更倾向于进行共轭加成反应。
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