Dado que el agua es un nucleófilo malo, el mecanismo de sustitución será unimolecular (SN1), con la particularidad de encontrarse el grupo saliente (cloro) sobre una posición alílica.

A continuación describimos el mecanimo:

Etapa 1. Formación del carbocatión alílico por pérdida del grupo saliente.  El carbocatión se estabiliza por resonancia, estando formado el híbrido por dos estructuras resonantes.

Etapa 2. Ataque nucleófilo del agua al carbocatión formado.  El carbocatión existe en dos estructuras, que al ser atacadas forman dos productos distintos.  La estructura de mayor importancia es la que localiza la carga sobre el carbono secundario, obteniéndose el producto mayoritario a partir de ella (condiciones de temperatura baja y tiempos de reacción cortos.

Etapa 3. Desprotonación.  El agua pierde un protón transformándose en el alcohol.

Al producto de mayor estabilidad (doble enlace más sustituido) se le llama termodinámico.  El producto menos estable recibe el nombre de cinético.