氧化鎂的脫硫機理與氧化鈣的脫硫機理相似，都是堿性氧化物與水反應生成氫氧化物，再與二氧化硫溶于水生成的亞硫酸溶液進行酸堿中和反應，氧化鎂反應生成的亞硫酸鎂和硫酸鎂再經過回收SO2后進行重復利用或者將其強制氧化全部轉化成硫酸鹽制成七水硫酸鎂。

以普通工業氧化鎂粉（純度約85%~90%）漿液作吸收劑，與煙氣反應生成亞硫酸鎂，如亞硫酸鎂進一步氧化，可生成硫酸鎂。
(懸浮乳液) 熟化
MgO+H2O→Mg(OH)2
吸收
SO2+ H2O→H2SO3
中和
Mg(OH)2+ H2SO3→MgSO3+2H2O
MgSO3+ H2SO3→Mg(HSO3)2
生成的亞硫酸鎂一部分又作為吸收劑循環使用，同時未使用的另一部分可排放或進一步利用。
(溶解狀態) 氧化
Mg SO3+1/2O2→MgSO4
此外，在Mg(OH)2相對SO2不足時則會：
MgSO3+SO2+H2O→Mg(HSO3)2
補足Mg(OH)2時
Mg(HSO3)2+Mg(OH)2→2MgSO3↓+2H2O

當副產品亞硫酸鎂/硫酸鎂采用焙燒方法制成氧化鎂和硫酸回收時，則其化學過程如下（焙燒溫度控制在850℃以下，如溫度達到1200℃，氧化鎂會被燒結，不能作為脫硫劑使用）：
MgSO3 →MgO＋SO2
MgSO4→MgO＋SO3
Mg(HSO3)2→MgO＋H2O＋2SO2
SO2＋1/2O2→SO3
SO3＋H2O→H2SO4
當副產物亞硫酸鎂經強制氧化，制成MgSO4•7H2O出售時，其化學過程如下：
MgSO3＋1/2O2→MgSO4
MgSO4＋7H2O→MgSO4•7H2O
如脫硫副產品采用拋棄法，則由于亞硫酸鎂極易氧化成硫酸鎂，而硫酸鎂又是重要的肥料，所以對環境沒有危害。