萃取的機理既有物理的溶解作用，又有化學的配合作用，是一個復雜的物理溶解過程 。一般而言，萃取那些簡單的不帶電荷的共價分子時為物理溶解過程。但在大多數情況下，被萃取物與有機相中一種或多種組分發生化學變化，生成新的化學物種后被萃入有機相，這便屬于化學過程。按照萃取機理的不同，可分為五種類型：
（1）簡單分子萃取：被萃組分在兩相中均以中性分子存在，與溶劑不產生化學反應，只是以簡單分子形式在兩相進行物理分配。
（2）中性配合萃取：被萃取組分與萃取劑都是中性分子，他們結合生成中性配合物進入有機相，可以把生成的中性配合物看成溶劑化物，故這種類型的萃取又可稱為溶劑化萃取。
（3）酸性配合萃取：水相中的金屬離子以陽離子或能離解為陽離子的配合離子狀態存在，與酸性萃取劑形成不含親水基團的中性配合物進入有機相。
（4）離子締合萃取：水相中的金屬離子以配陰離子（或陽離子）與含氧或含氮的萃取劑以離子締合的方式形成萃合物進入有機相。
（5）協同萃取：在萃取時，使用兩種以上的萃取劑相混合，萃取水相中的被萃物生成油溶性更大的協萃物進入到有機相。