Cơ chế phản ứng của phản ứng Barton-McCombie yêu cầu một chất xúc tác tạo gốc tự do ở giai đoạn khơi mào và một bước phát triển mạch [3].Rượu 1 trước hết được chuyển hóa thành xanthate 2. Một chất phản ứng khác là tributyl thiếc hydride 3 phân hủy, dưới tác động của AIBN 8 thành gốc tự do tributyl thiếc 4. Gốc tự do này "kéo" nhóm xanthate ra khỏi 2 và tạo thành gốc alkyl tự do 5; sản phẩm còn lại xanthate tributyl của thiếc 7. Liên kết giữa lưu huỳnh và thiếc rất bền và tạo nên lực đẩy của phản ứng. Gốc alkyl tự do 5, đến lượt mình, lấy đi một nguyên tử hydrogen từ một phân tử tributyl thiếc hydride mới, tạo thành sản phẩm đề-oxi-hóa 6 và một gốc tự do mới cho quá trình phất triển mạch.