U Wittigovoj sintezi dolazi do reakcije aldehida ili ketona s fosfornim ilidima (fosforanima) pri čemu nastaju odgovarajući alken i fosfin-oksid. Početni korak u mehanizmu reakcije jest nukleofilna adicija negativno nabijenog atoma ugljika ilida na karbonilni ugljikov atom. Pri tome nastaje međuprodukt betain, koji procesom ciklizacije prelazi u međuprodukt oksafosfetan. Daljnjim tijekom reakcije dolazi do eliminacije i nastajanja alkena. Ovo je opće prihvaćen mehanizam Wittigove reakcije koji se može pronaći u literaturi iako još nije sasvim razjašnjeno pojavljuje li se betain kao međuprodukt. Njegova prisutnost dokazana je spektroskopski, ali samo u obliku kompleksa s litijevim solima. Glavna prednost Wittigove reakcije je mogućnost utjecaja na stereoselektivnost reakcije odabirom odgovarajućeg ilida. S obzirom na prirodu ilida razlikujemo stabilizirane, polustabilizirane i nestabilizirane ilide. Stabilizirani ilidi manje su reaktivni od ostalih ilida i u reakciji s aldehidima uglavnom daju E-alkene, odnosno dolazi do trans-stereoselektivnosti. Nestabilizirani ilidi u reakciji s aldehidima daju Z-alkene odnosno preferirana je cis-stereoselektivnost. Osim Wittigove reakcije valja spomenuti i Horner-Wadsworth-Emmonsovu (HWE) i Horner-Wittigovu reakciju, gdje se kao ilidi koriste fosfonatni anioni odnosno anioni fosfin-oksida. Takav tip Wittigovih reakcija koristi se za pripravu alkena koji sadrže elektron-odvlačeću skupinu. Modernom interpretacijom Wittigove reakcije bez prisutnosti litijevih soli utvrđena je ireverzibilnost reakcije. U uvjetima bez litijevih soli Wittigova reakcija nestabiliziranih ilida pod kinetičkom je kontrolom. Osim promatranja Wittigove reakcije u klasičnim uvjetima, u novije vrijeme reakcija se podvrgava ne tako klasičnim uvjetima kao što su dvofazni mediji, fluorirane faze, ozračivanje svjetlom itd.