在本质上氨法脱硫工艺是采用NH3来吸收净化烟气的，包含着复杂的物理、化学过程。以下将从物理化学原理方面对工艺各阶段加以分析。烟气中的SO2从烟气主体进入吸收液的过程是物理吸收和化学反应的过程，通过这个过程，使SO2从气相进入液相而被捕获。氨法脱硫工艺中的化学步骤可分为如下几个步骤：
一、烟气中SO2溶解于水形成H2SO3。
二、氨吸收剂溶解于水形成NH3·H2O。
三、溶解于水形成的NH3·H2O与溶解于水形成的H2SO3进行化学反应形成(NH4）2SO3。
四、形成的(NH4）2SO3在氧化空气的作用下氧化形成(NH4）2SO4
氨法脱硫过程的总化学反应式可以综合表示为：
SO2+H2O+XNH3=(NH4)xH2-xSO3
(NH4)xH2-xSO3＋1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4
虽然该综合反应式中列出了主要的反应物和生成物，但整个反应过程非常复杂，可以通过以下的一系列反应过程表示：
A:脱硫塔中SO2的吸收
A：脱硫塔中SO2的吸收
烟气中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亚硫酸。
SO2 + H2O → H2SO3
B:亚硫酸同溶于水中的硫酸铵和亚硫酸铵反应
H2SO3 +（NH4）2SO4→NH4HSO4 + NH4HSO3
H2SO3+（NH4）2SO3 →2NH4HSO3
C：吸收剂氨的溶解
NH3 +H2O → NH4OH →NH4+ + OH-
由于反应（4）的进行，可以不断提供中和用的碱度及反应用的铵离子。氨同溶于水中的亚硫酸、硫酸氢铵和亚硫酸氢铵起反应。
D：中和吸收的SO2
SO2极易与碱性物质发生化学反应，形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐；SO2过剩时形成酸式盐。
SO2 + NH4OH→NH4HSO3
SO2 + 2NH4OH→（NH4）2SO3 + H2O
由于反应（5）、（6）的进行，可以使更多SO2可被吸收。
E：（亚）硫酸（氢）铵氧化成硫酸（氢）铵
亚硫酸盐不稳定，可被烟气及氧化空气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。
2 NH4HSO3 + O2 → 2NH4HSO4
2（NH4）2SO3 +O2 →2（NH4）2SO4
F：硫酸铵溶液浓缩后结晶析出硫酸铵固体
硫酸铵 + 水 → 硫酸铵固体 + 水蒸汽
G：脱硝功能
氨法脱硫在脱出二氧化硫的同时，对氮氧化物也有一定的脱除效果，其反应原理如下：
烟气中氮氧化物（NOx）主要以NO（占NOx的90%）形式存在，其次是NO2、N2O5等。在一定温度下，NO 在空气中部分氧化成NO2，建立如下平衡：
NO+1/2O2 = NO2
在一定温度的水溶液中，亚硫酸铵（NH4）2SO3与水中溶解的NO2反应生成（NH4）2SO4与N2，建立如下平衡：
2（NH4）2SO3 + NO2 = 2（NH4）2SO4 + 1/2N2 ↑
亚硫酸铵（NH4）2SO3与水中溶解的NO反应生成（NH4）2SO4与N2，建立如下平衡：
（NH4）2SO3+ NO= （NH4）2SO4+ 1/2N2↑
亚硫酸氢铵NH4HSO3与水中溶解的NO2反应生成NH4HSO4 与N2，建立如下平衡：
4NH4HSO3+2NO2→4NH4HSO4+N2
