Fentons Reagenz ist ein Gemisch aus Wasserstoffperoxid und Eisen(II)-Salzen. In saurer Lösung entstehen aus H₂O₂ durch Katalyse der Eisen-Ionen Hydroxyl-Radikale, die mit einem Redox-Potential von +2,85 V eines der stärksten bekannten Oxidationsmittel sind. Dabei wird Eisen(II) zu Eisen(III) oxidiert. Die Hydroxyl-Radikale lagern sich bevorzugt an Doppelbindungen an oder abstrahieren ein H-Atom. Durch verschiedene Reaktionen wird Eisen(II) regeneriert. Das folgende Schema stellt vereinfacht die Initiations- und Terminationsreaktionen mit Fentons Reagenz dar.

Initiation:

H₂O₂ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH^- + OH^• (1) OH^• + RH → H₂O + R^• (2)

Termination:

R^• + Fe³⁺ → Fe²⁺ + Produkt (3) OH^• + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH^- (4) 2 R^• → Produkt (Dimer) (5) R^• + Fe²⁺ + H⁺ → Fe³⁺ + RH (6) R = organische Verbindung

Beim Wirkmechanismus von Fentons Reagenz spielen auch eine Anzahl nichtradikalischer Reaktionen eine Rolle.