阻燃劑的作用機理比較復雜， 尚未十分明了。一般認為， 鹵素化合物遇火受熱發生分解反應， 分解出的鹵素離子與高分子化合物反應產生鹵化氫。后者與高分子化合物燃燒過程中大量增殖的活潑羥基游離基 (HO·)反應，使其濃度降低，燃燒速度減慢，直到火焰熄滅。鹵素中，溴的阻燃作用比氯大。含磷阻燃劑的作用在于它們燃燒時形成偏磷酸， 偏磷酸聚合成非常穩定的多聚態， 成為塑料的保護層而將氧隔絕。
阻燃劑是通過若干機理發揮其阻燃作用的，如吸熱作用、覆蓋作用、*鏈反應、不燃氣體的窒息作用等。多數阻燃劑是通過若干機理共同作用達到阻燃目的。
1、 吸熱作用
任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量，那么火焰溫度就會降低，輻射到燃燒表面和作用于將已經氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少，燃燒反應就會得到一定程度的*。在高溫條件下，阻燃劑發生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地*可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。
2、 覆蓋作用
在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如*磷類阻燃劑受熱時能產生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內部的熱分解產生物進入氣相參與燃燒過程。
3、 *鏈反應
根據燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，使燃燒反應速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產物同時處于氣相燃燒區，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，干擾燃燒的鏈反應進行。
4、 不燃氣體窒息作用
阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區內的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續進行，達到阻燃的作用。
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