烷基化是指將一個分子中的烷基轉移到另一個分子中。烷基可以以烷基碳配位、自由基、卡巴尼翁或卡賓（或其等價物）的形式轉移。烷基化劑是用于實現烷基化的試劑。在一個被稱為脫烷基的過程中也可以去除烷基。烷基化劑通常根據其親核性或親電性進行分類。在煉油方面，烷基化是指異丁烷與烯烴的特定烷基化。對于石油的升級，烷基化產生了一種用于汽油的優質混合油。在醫學上，DNA的烷基化被用于化療，以破壞癌細胞的DNA。烷基化是通過稱為烷基化抗腫瘤劑的一類藥物完成的。

親核烷基化劑提供相當于一個烷基陰離子（carbanion）。正式的烷基陰離子攻擊親電體，在烷基和親電體之間形成一個新的共價鍵。反離子是一種陽離子，如鋰，可以在加工過程中被去除和洗掉。例子包括使用有機金屬化合物，如格氏試劑（有機鎂）、有機鋰、有機銅和有機鈉試劑。這些化合物通常可以添加到缺電子的碳原子上，如羰基處。親核烷基化劑可以通過SN2機制取代碳原子上的鹵化物取代基。在催化劑的作用下，它們還可以使烷基和芳基鹵化物烷基化，如鈴木偶合。SN2機制不適用于芳基取代物，因為攻擊碳原子的軌跡會在環內。因此，只有在有機金屬催化劑催化下的反應才是可能的。

C-烷基化是一個形成碳-碳鍵的過程。這方面xxx的例子發生在石油化工廠的烷基化裝置中，它將低分子量的烯烴轉化為高辛烷值的汽油成分。富含電子的物種如苯酚也通常被烷基化以生產各種產品；例子包括用于生產表面活性劑（如LAS）的直鏈烷基苯，或用作抗氧化劑的丁基苯酚（如BHT）。這可以通過使用Amberlyst等酸性催化劑或鋁等路易斯酸來實現。在實驗室規模上，弗里德爾-克拉夫斯反應使用烷基鹵化物，因為這些鹵化物通常比其相應的烯類更容易處理，后者往往是氣體。該反應是由三氯化鋁催化的。這種方法在工業上很少使用，因為烷基鹵化物比烯類更昂貴。N-和P-烷基化N-和P-烷基化是形成碳-氮和碳-磷鍵的重要過程。胺很容易被烷基化。烷基化的速度遵循叔胺<仲胺<伯胺的順序。典型的烷基化劑是烷基鹵化物。工業上經常依賴綠色化學方法，涉及胺與醇的烷基化，副產品是水。氫化作用是另一種N-烷基化的綠色方法。在Menshutkin反應中，叔胺通過與烷基鹵化物反應轉化為季銨鹽。當三級磷化物與烷基鹵化物處理時，也會發生類似的反應，其產物是磷酸鹽。

硫醇很容易被烷基化，通過硫醇-烯反應得到硫醚。該反應通常在堿的存在下或使用硫醇的共軛堿進行。硫代醚經過烷基化反應，得到硫銨離子。

醇類發生烷基化，得到醚類。{displaystyle{ce{R-OH+R'-X->R-O-R'}}。當烷基化劑是烷基鹵化物時，這種轉化被稱為威廉姆森醚合成。在合適的酸催化劑存在下，醇也是很好的烷基化劑。例如，大多數甲基胺是通過氨與甲醇的烷基化制備的。

酚的烷基化是特別直接的，因為它受到的競爭反應較少。{displaystyle{ce{Ph-O-+Me2-SO4->Ph-O-Me+Me-SO4-}}。(以Na+為旁觀者離子)醇類和酚類的更復雜的烷基化涉及乙氧基化。環氧乙烷是這個反應中的烷基化基團。金屬的氧化加成在稱為氧化加成的過程中，低價金屬經常與烷基化劑反應，得到金屬烷基。這個反應是Cativa工藝中從碘化甲酯合成乙酸的一個步驟。許多交叉偶聯反應也是通過氧化加成進行的。

親電性烷基化劑提供相當于烷基陽離子的物質。烷基鹵化物是典型的烷基化劑。