枝–伊藤氧化反应的机理如下：首先是二价钯与烯醇硅醚双键的配位，随后三甲基硅基与醋酸根形成三甲基硅基醋酸酯离去，同时形成烯醇钯物种，接着发生β-氢消除得到钯氢物种的烯酮络合物，最后钯氢物种发生还原消除得到产物同时生成醋酸和零价钯。β-氢消除步骤是一个存在化学平衡的可逆反应，所以对于非环状的底物，反应会选择性地生成反式双键构型的热力学产物。有证据显示零价钯会与反应产物形成类似Pd(dba)的配合物，使得零价钯很难被氧化再生。以对苯醌为氧化剂可将零价的钯氧化使二价钯再生：也能以氧气为氧化剂使二价钯再生：