混合物加热或以紫外光照射，以下反应（取代反应）会发生：反应的产物含有此四种氯化甲烷，由上至下四种产物名称分别为：一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯甲烷（四氯化碳），四者的比例视甲烷与氯的比例。甲烷可与溴产生类似反应。甲烷与氟的反应十分勐烈，如果先用稀有气体稀释两者才在特定的仪器内进行反应，也可得出类似反应。甲烷与碘不会直接产生反应，可以用溴化碘等代替进行碘化。