氧化镁的脱硫机理与氧化钙的脱硫机理相似，都是碱性氧化物与水反应生成氢氧化物，再与二氧化硫溶于水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应，氧化镁反应生成的亚硫酸镁和硫酸镁再经过回收SO2后进行重复利用或者将其强制氧化全部转化成硫酸盐制成七水硫酸镁。

以普通工业氧化镁粉（纯度约85%~90%）浆液作吸收剂，与烟气反应生成亚硫酸镁，如亚硫酸镁进一步氧化，可生成硫酸镁。
(悬浮乳液) 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
生成的亚硫酸镁一部分又作为吸收剂循环使用，同时未使用的另一部分可排放或进一步利用。
(溶解状态) 氧化
Mg SO3+1/2O2→MgSO4
此外，在Mg(OH)2相对SO2不足时则会：
MgSO3+SO2+H2O→Mg(HSO3)2
补足Mg(OH)2时
Mg(HSO3)2+Mg(OH)2→2MgSO3↓+2H2O

当副产品亚硫酸镁/硫酸镁采用焙烧方法制成氧化镁和硫酸回收时，则其化学过程如下（焙烧温度控制在850℃以下，如温度达到1200℃，氧化镁会被烧结，不能作为脱硫剂使用）：
MgSO3 →MgO＋SO2
MgSO4→MgO＋SO3
Mg(HSO3)2→MgO＋H2O＋2SO2
SO2＋1/2O2→SO3
SO3＋H2O→H2SO4
当副产物亚硫酸镁经强制氧化，制成MgSO4•7H2O出售时，其化学过程如下：
MgSO3＋1/2O2→MgSO4
MgSO4＋7H2O→MgSO4•7H2O
如脱硫副产品采用抛弃法，则由于亚硫酸镁极易氧化成硫酸镁，而硫酸镁又是重要的肥料，所以对环境没有危害。