阻燃剂的作用机理相对复杂，尚未完全了解。通常认为，卤素化合物暴露于火中时会发生分解反应，并且分解的卤素离子与高分子化合物反应生成卤化氢。后者与大量活性羟基自由基发生反应，这些活性羟基自由基在高分子化合物燃烧期间繁殖，从而降低了其浓度并减慢了燃烧速度，直到火焰熄灭为止。在卤素中，溴比氯具有更高的阻燃性。含磷阻燃剂的作用是，它们燃烧时会形成偏磷酸，并且偏磷酸聚合成非常稳定的聚合物状态，从而成为塑料的保护层并隔离氧气。

阻燃剂通过多种机理发挥其阻燃作用，例如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不可燃气体窒息作用。大多数阻燃剂通过几种机理的共同作用达到阻燃目的。

燃烧释放的部分热量，降低了可燃材料表面的温度，有效地抑制了可燃气体的产生，并防止了燃烧扩散。 阻燃剂的阻燃机理是增加聚合物的热容量，使其在达到热分解温度之前吸收更多的热量，从而提高其阻燃性。当与水蒸气结合使用时，这种阻燃剂充分利用了其大量的吸热性，以提高其自身的阻燃能力。

短时间内任何燃烧所散发的热量是有限的。如果点火源散发的一部分热量可以在短时间内被吸收，则火焰温度将降低，辐射到燃烧表面并作用于气化气体。分解成自由基的可燃分子的热量减少，燃烧反应在一定程度上受到抑制。在高温条件下，阻燃剂发生强烈的吸热反应，吸收了。

在可燃材料中添加阻燃剂后，该阻燃剂可在高温下形成玻璃状或稳定的泡沫罩以阻隔氧气，并具有隔热、和氧气屏障、的功能，以防止可燃气体向外逸出，从而达到阻燃目的。