Esterifikacija ali združevanje alkohola s kislino za tvorbo estra je oblika kondenzacijske reakcije, saj se voda pri tem izloči. Pojavi se lahko tudi obratna reakcija: ester se lahko rekombinira z vodo, da nastane alkohol in kislina. V nekaterih primerih je to “deesterifikacija” mogoče preprečiti z vnosom majhne količine žveplove kisline v reakcijsko posodo. Pomaga tako, da se združi s proizvedeno vodo in jo dejansko veže. Prednost žveplove kisline pri esterifikaciji je predvsem ta, da deluje kot darovalec protonov, kar poveča hitrost reakcije med kislino in alkoholom; kadar je uporabljena kislina karboksilna kislina, se reakcija včasih imenuje Fischer-Speierjeva esterifikacija.
Karboksilne kisline (R-COOH, kjer je R organska vezava) so lahko prešibke za uporabo brez pomoči za reakcijo esterifikacije. Potreben je močan darovalec protonov, da bi karboksilna kislina delovala, kot da bi bila sama po sebi dober vir protonov. Žveplova kislina pri esterifikaciji opravi nalogo z vbrizgavanjem protona v strukturo karboksilne kisline z reakcijo H2SO4+R-COOH→HSO4-+R-C+(OH)2. Molekula alkohola, R′-OH, s svojim atomom kisika, bogatim z elektroni, se pritegne k tej protonirani karboksilni strukturi in tvori kompleksen konglomerat, R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′ .
Ta razporeditev atomov in naboja ni zelo stabilna, zato je podvržena premiku protonov (H+), in sicer RC(OH)(O(H2)+)-OR′. V tem stanju se jasno prepoznavna molekula vode zlahka odmakne, kar poveča stabilizacijo in pusti za seboj energetsko ugodnejšo vrsto, R-C+(OH)OR′. Končno regeneracija žveplove kisline zaključi postopek: R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′. Ker se žveplova kislina regenerira, vendar je reakcija ne porabi, se šteje za katalizator, ne za reaktant.
Zanimivo je, da esterifikacija ne zahteva ločenih molekul alkohola in kislin, vendar se lahko reakcija zgodi v nekaterih primerih znotraj ene molekule, ki vsebuje oba dela ali funkcionalne molekularne skupine. Izpolnjeni morajo biti določeni pogoji: tako hidroksilna kot karboksilna skupina morata biti prostorsko neovirana in sposobna nemoteno prestati vsako stopnjo postopka. Primer molekule, ki je lahko podvržena tej vrsti esterifikacije, je 5-hidroksipentanojska kislina, HO-CH2CH2CH2CH2COOH. Ester, ki nastane s to obliko esterifikacije, ki ima za posledico zaprtje obroča, se imenuje lakton – v tem primeru δ-valerolakton. Položaj kisika v obroču (-COC-) v primerjavi s karbonilno (C=O) skupino je tisto, kar označuje grška črka delta.
Žveplova kislina pri esterifikaciji se na splošno ne uporablja v povezavi s terciarnimi alkoholi – tistimi, ki imajo ogljikov atom, ki nosi hidroksil, vezan na tri druge ogljikove atome. V terciarnih alkoholih v prisotnosti žveplove kisline pride do dehidracije brez tvorbe estrov. Na primer, terciarni butil alkohol (CH3)3C-OH v kombinaciji z žveplovo kislino proizvaja izobutilen (CH3)2=CH2+H2O. V tem primeru se protonira alkohol, čemur sledi odhod molekule vode. Uporaba žveplove kisline pri zaestrenju ni izvedljiva metodologija za pripravo terciarnih estrov.