Đây là phản ứng trung hòa điển hình giữa một axit mạnh và một bazơ mạnh xảy ra trong môi trường nước. Về mặt cơ chế ion, HCl và NaOH đều là các chất điện li mạnh, phân li hoàn toàn trong nước tạo ra các ion tự do: HCl -> H+ + Cl- và NaOH -> Na+ + OH-. Khi trộn hai dung dịch với nhau, các ion H+ (vốn tồn tại dưới dạng H3O+) kết hợp ngay lập tức với các ion OH- bằng liên kết cộng hóa trị phân cực để tạo thành phân tử nước (H2O) là chất điện li cực kỳ yếu. Quá trình này giải phóng một lượng nhiệt lớn (khoảng 57.3 kJ/mol). Các ion Na+ và Cl- đóng vai trò là các ion khán giả (spectator ions), không trực tiếp tham gia phản ứng mà vẫn tồn tại tự do trong dung dịch dưới dạng được hydrat hóa bởi các phân tử nước. Phản ứng này không có sự thay đổi số oxi hóa của bất kỳ nguyên tố nào nên không phải là phản ứng oxi hóa - khử.