Všechny molekuly nebo ionty s volnými páry elektronů mohou reagovat jako nukleofily. Typické nukleofily jsou často záporně nabité částice, mají silně záporný částečný náboj nebo mají volný elektronový pár v relativně vysokoenergetickém atomovém orbitalu. Nukleofily mohou být anionty (například Cl−) nebo sloučeniny s volným párem elektronů (například amoniak NH3).
Nukleofilita (též nukleofilicita) označuje afinitu nukleofilu k atomovému jádru. Někdy se jí také říká nukleofilní síla, která popisuje nukleofilní charakter látky a často se používá k porovnávání afinity atomů. Opakem nukleofilní částice je částice elektrofilní, která v reakci přijímá elektronový pár poskytnutý nukleofilem a vytváří s ním chemickou vazbu.
V řádku (periodě) periodické tabulky obecně platí, že čím zásaditější je iont (vyšší pKa konjugátové kyseliny), tím reaktivnější je jako nukleofil.
Nejdůležitější vlastností pro sílu nukleofility je polarizovatelnost. Polarizovatelné molekuly jsou obecně nukleofilnější než srovnatelně nabité, méně polarizovatelné molekuly.
Čím snáze lze zdeformovat elektronový obal okolo atomu či molekuly, tím snadněji reaguje nukleofilně. Příkladem je jodidový iont (I−), který je nukleofilnější než iont fluoridový (F−).
Nukleofilita molekuly je obvykle ekvivalentní nukleofilitě nejvíce nukleofilního atomu.
Vztah mezi nukleofilitou a zásaditostí je vysoce závislý na typu použitého rozpouštědla. V aprotických polárních rozpouštědlech nukleofilita látky odpovídá její zásaditosti. Čím zásaditější je látka, tím větší nukleofilní charakter. U protických rozpouštědel již tento vztah neplatí. Protická rozpouštědla tvoří vodíkové vazby, proto jsou měkké Lewisovy báze lepší nukleofily než tvrdé.
Jako ambidentní nukleofil se označuje takový nukleofil, který může působit na dvou či více místech za vzniku dvou nebo více produktů. Například thiokyanatanový iont (SCN−) může působit atomem síry, ale také dusíku. Proto reakce SN2 alkylhalogenidů s tímto iontem často dávají směs RSCN (alkylthiokyanátu) a RNCS (alkylisothiokyanátu). Podobně to platí i pro Kolbeho syntézu nitrilů.
Nukleofilní reakce spojuje dva reakční partnery kovalentní vazbou. Charakteristické pro nukleofily je, že samy o sobě poskytují oba elektrony potřebné pro vazbu, zatímco elektrofil pouze přispívá svou schopností stabilizovat elektronový pár. Podobně jako u redoxních reakcí, kde každá oxidace současně znamená redukci druhého reakčního partnera, nukleofilní reakce jsou okamžitě následovány odpovídající elektrofilní reakcí.
Například kyslík z hydroxidového iontu poskytuje elektronový pár k vazbě s uhlíkem na konci brompropanové molekuly. Vazba mezi uhlíkem a bromem pak podléhá heterolýze, atom bromu zachytí poskytnutý elektron a stane se bromidovým iontem (Br−). Probíhá SN2 reakce, což znamená, že hydroxidový iont působí na atom uhlíku na opačném konci oproti tomu, na kterém je bromidový iont. Proto reakce SN2 vedou k obrácení konfigurace elektrofilu. Je-li elektrofil chirální, obvykle si svou chiralitu udrží, byť je konfigurace produktu oproti původnímu elektrofilu převrácena.
