香草醛、對羥基苯甲醛、紫丁香醛、甲醛都是無活潑氫的醛，在強堿作用下發生分子內和分子間氧化還原反應，生成一分子羧酸和一分子醇。首先發生堿對羰基的親核加成，四面體型中間體再與強堿作用，失去一個質子變為雙負離子（坎尼扎羅中間體）。由于氧原子帶有負電荷，具有供電性，使得鄰位碳原子排斥電子的能力大大增強。兩個負離子中間體都可與醛作用，碳上的氫帶著一對電子以氫負離子的形式轉移到醛的羰基碳上，形成一個醇鹽負離子和一個羧酸根負離子。坎尼扎羅反應中的水可以參與反應，生成氫氣，也證實了氫負轉移的過程。
反應機理
該反應是一個動力學上的三級反應，對于醛是二級反應，而對于堿是一級反應：
r= k[RCHO]2[OH-]
在高濃度堿性環境下，第二個反應歷程變成主要的，此時對堿成了二級反應：
r = k[RCHO]2[OH-] + k'[RCHO]2[OH-]2