Esterifikacija, ili kombiniranje alkohola s kiselinom kako bi se dobio ester, oblik je kondenzacijske reakcije, budući da se voda eliminira u procesu. Može se dogoditi i obrnuta reakcija: ester se može rekombinirati s vodom da nastane alkohol i kiselina. U nekim slučajevima, ova “deesterifikacija” može se spriječiti uvođenjem male količine sumporne kiseline u reakcijsku posudu. Pomaže spajanjem s proizvedenom vodom i zapravo je vežući. Prije svega, prednost sumporne kiseline u esterifikaciji je da djeluje kao donor protona, povećavajući brzinu reakcije između kiseline i alkohola; kada je korištena kiselina karboksilna kiselina, reakcija se ponekad naziva Fischer-Speierova esterifikacija.
Karboksilne kiseline (R-COOH, gdje je R organski spoj) mogu biti preslabe za upotrebu, bez pomoći, za reakciju esterifikacije. Potreban je snažan donor protona da bi karboksilna kiselina djelovala kao da je sama po sebi dobar izvor protona. Sumporna kiselina u esterifikaciji ostvaruje zadatak ubrizgavanjem protona u strukturu karboksilne kiseline kroz reakciju H2SO4+R-COOH→HSO4-+R-C+(OH)2. Molekula alkohola, R′-OH, sa svojim elektronima bogatim atomom kisika, privučena je ovom protoniranom karboksilnom strukturom i tvori složeni konglomerat, R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′ .
Ovaj raspored atoma i naboja nije jako stabilan, pa prolazi kroz protonski (H+) pomak, odnosno RC(OH)(O(H2)+)-OR′. U tom je stanju lako prepoznatljiva molekula vode otići, dajući povećanu stabilizaciju i ostavljajući iza sebe energetski povoljniju vrstu, R-C+(OH)OR′. Konačno, regeneracija sumporne kiseline dovršava proces: R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′. Budući da se sumporna kiselina regenerira, ali ne troši reakcijom, smatra se katalizatorom, a ne reaktantom.
Zanimljivo je da esterifikacija ne zahtijeva odvojene molekule alkohola i kiseline, ali reakcija se može dogoditi u nekim slučajevima unutar jedne molekule koja sadrži oba dijela ili funkcionalne molekularne skupine. Moraju biti ispunjeni određeni uvjeti: i hidroksilna i karboksilna skupina moraju biti prostorno neometane i sposobne neometano proći svaki korak procesa. Primjer molekule koja može proći ovu vrstu esterifikacije je 5-hidroksipentanska kiselina, HO-CH2CH2CH2CH2COOH. Ester proizveden ovim oblikom esterifikacije, koji rezultira zatvaranjem prstena, naziva se lakton – u ovom slučaju δ-valerolakton. Položaj kisika u prstenu (-COC-) u odnosu na karbonilnu (C=O) skupinu je ono što je označeno grčkim slovom, delta.
Sumporna kiselina u esterifikaciji općenito se ne koristi u vezi s tercijarnim alkoholima – onima koji imaju svoj ugljikov atom koji nosi hidroksil vezan na tri druga ugljikova atoma. Dehidracija bez stvaranja estera događa se u tercijarnim alkoholima u prisutnosti sumporne kiseline. Na primjer, tercijarni butil alkohol, (CH3)3C-OH, kada se kombinira sa sumpornom kiselinom, proizvodi izobutilen, (CH3)2=CH2+H2O. U ovom slučaju, alkohol je ono što se protonira, nakon čega slijedi odlazak molekule vode. Korištenje sumporne kiseline u esterifikaciji nije održiva metodologija za pripremu tercijarnih estera.