Les réactions d'addition peuvent se produire selon différents mécanismes, parmi lesquels :

• Réaction d'addition d'halogénures à des alcènes : un halogénure (chlorure, bromure) s'ajoute à un alcène pour former un halogénoalcane. Ex. : la réaction de l'éthylène (C2H4) avec le chlore (Cl2) donne du chlorure d'éthyle (C2H5Cl).

• Réaction d'addition d'hydrogène à des alcènes : des molécules d'hydrogène (H2) réagissent avec des alcènes pour former des alcanes. Ex.-: la réaction de l'éthylène (C2H4) avec de l'hydrogène (H2) donne de l'éthane (C2H6).

• Réaction d'addition d'eau à des alcènes : cette réaction, appelée hydratation, se produit lorsque de l'eau (H2O) réagit avec un alcène pour former un alcool. Ex. :  la réaction de l'éthylène (C2H4) avec de l'eau donne de l'éthanol (C2H5OH).

• Réaction d'addition d'acide cyanhydrique à des aldéhydes ou des cétones : l'acide cyanhydrique (HCN) réagit avec un aldéhyde ou une cétone pour former un cyanohydrine. Ex. : la réaction de l'acétone (CH3COCH3) avec l'acide cyanhydrique (HCN) donne le cyanohydrine de l'acétone (CH3C(OH)(CN)).

• L'addition électrophile est la plus courante avec les alcènes. Elle débute par l'attaque de l'alcène par un électrophile (comme H⁺), qui rompt la liaison π et forme un carbocation intermédiaire. Ce carbocation est ensuite capté par un nucléophile (comme un halogénure), donnant un produit d'addition. Un exemple typique est l'addition d'acide bromhydrique (HBr) à l'éthylène, formant du brométhane. Ce type de réaction suit souvent la règle de Markovnikov, selon laquelle l'atome d'hydrogène s'attache au carbone le plus hydrogéné, stabilisant le carbocation intermédiaire. Dans certains cas, notamment en présence de peroxydes, cette règle peut être inversée selon un mécanisme radicalaire, comme dans l'addition anti-Markovnikov du HBr sur les alcènes. Le mécanisme radicalaire fait intervenir la formation de radicaux libres, hautement réactifs, qui propagent la réaction à travers des étapes successives d'initiation, de propagation, et de terminaison.

• L'addition nucléophile est caractéristique des composés carbonylés (aldéhydes et cétones). Dans ce cas, le nucléophile attaque le carbone du groupe carbonyle, qui est électrophile en raison de la polarisation de la liaison C=O. L'addition d'un ion cyanure (CN⁻) ou d'un alcool (formant un hémiacétal) en sont des exemples classiques. La réactivité dépend de la nature du groupe carbonyle, les aldéhydes étant plus réactifs que les cétones à cause de leur moindres encombrements stériques et de leur plus faible stabilisation électronique.

• L'addition radicalaire, moins fréquente, met en jeu des espèces dotées d'électrons célibataires. Ces réactions se produisent généralement sous lumière ou en présence de radicaux initiateurs comme les peroxydes. Elles sont plus complexes à contrôler mais très utiles dans certaines polymérisations ou dans des synthèses spécifiques.

• Les cycloadditions forment un sous-groupe important des réactions d'addition, dans lesquelles deux ou plusieurs molécules réagissent pour former un cycle fermé. La plus célèbre est la réaction de Diels-Alder, une addition [4+2] entre un diène conjugué et un diénophile. Elle est pericyclique, se produisant sans intermédiaire mais via un état de transition cyclique. Ce type de réaction permet la synthèse efficace d'anneaux à six chaînons, souvent avec une régiosélectivité et une stéréospécificité remarquables.

Dans la chimie bio-organique, les réactions d'addition jouent un rôle notamment dans la biosynthèse des lipides, la fixation du CO2 ou les réactions enzymatiques avec cofacteurs tels que NAD⁺ ou FAD. Leur compréhension permet de contrôler la stéréochimie et la chimiosélectivité, deux aspects cruciaux en synthèse organique fine.