1. 親核取代反應
羧酸衍生物中酰基碳上的基團可被親核試劑取代，發生親核取代反應。該反應可在酸或堿催化下進行，首先發生親核加成后再發生消除反應。包括羧酸衍生物的水解、醇解、氨解反應
其中，羧酸衍生物均可水解生成羧酸。一般而言，由于鹵素是很好的離去基團，酰鹵的水解最易發生。酸酐可在中性、酸性、堿性溶液中水解。酯的水解比酰氯、酸酐困難，需要加入酸或堿催化劑。酰胺的反應條件則更為強烈，需要強酸或強堿以及比較長時間的加熱回流。
羧酸衍生物進行羰基碳原子的親核取代的能力次序為：
RCOCl>(RCO)2O>RCOOR>RCONR2
醇解和氨解是羧酸衍生物中羰基碳上的基團分別被烷氧基和氨基置換，是合成酯和酰胺的常用方法。
2. 與有機金屬化合物的反應
羧酸衍生物與金屬有機化合物，如格氏試劑、有機鋰化合物、有機鎘化合物、二烷基銅鋰等可反應制備酮或三級醇。可通過控制加入有機金屬試劑的量、溫度、調節空間位阻等控制反應產物。