Halogenace jsou výjimečně užitečné reakce a zahrnují širokou škálu použití v syntetické chemii. Několik příkladů: Chlorace, bromace a jodizace aldehydů a ketonů v poloze α je jednoduchá, i když tato reakce s fluorem není možná. Halogenace α-vodíku v karboxylových kyselinách s bromem nebo chlorem může nastat prostřednictvím Zell-Volhard-Zelinského reakce, je však nutný katalyzátor jako P nebo PBr3. Čím snazší je enolizovat substrát, tím snazší je jeho halogenovat. Z tohoto důvodu acylhalogenidy, anhydridy, malonové estery podléhají α – halogenaci bez potřeby katalyzátoru. Hoffmanova reakce přesmyku používá brom k přeměně amidů na aminy. Aromatické kruhy mohou být bromovány nebo chlorovány, ale vyžadují katalyzátor, jako je Fe (ve skutečnosti FeCl3) nebo AlCl3 nebo AlBr3. Fluor sám o sobě je příliš agresivní pro fluoraci aromátů, ale existují činidla, jako je ClO3F, která lze použít k fluoraci určitých substrátů, jako jsou fenoly. Obecně platí, že brom a chlor snadno halogenátové sloučeniny s dvojnými a trojnými vazbami.
Ačkoli se používá halogenace s X2 nebo HX, tyto molekuly jsou často toxické, žíravé a obtížně zvládnutelné. Jako příklady lze uvést fluor a HF, které jsou neuvěřitelně korozivní, reaktivní, způsobují nežádoucí vedlejší produkty a obecně je obtížné s nimi pracovat a kontrolovat exothermicitu reakce. Z tohoto důvodu byly vyvinuty sloučeniny, které mohou poskytnout atom fluoru, ale jsou stabilnější a kontrolovatelnější. Jako příklad lze uvést diethylaminosírový fluorid (DAST), který je stabilní pevná látka, která převádí alkoholy, aldehydy a ketony na odpovídající organofluorid a je mnohem bezpečnější a pohodlnější než fluor nebo plyny tetrafluoridu sírové. Činidla jako SOCl2 a PCl5 se používají k výrobě organochlorových sloučenin z odpovídajících alkoholů a stejně jako v případě fluoru se snadněji používají a kontrolují reakce než u elementárního chloru. Jako alternativa k bromu se N-bromosuccinimid (NBS) široce používá k bromování alkenu.
