這一過程是ATP和氨基酸反應最終生成2Pi、氨基酸（AA）-AMP的過程。氨基酸的羥基中的氧原子除了和C、H原子分別形成共價鍵之外，還具有獨立的2個電子對。由氨基酸的羥基向三磷酸腺苷的第一個磷酸發起攻擊，在保留第一個高能磷酸鍵的前提下，使PPi脫離，隨后形成2Pi。
這個化學過程可簡要概括如下：
AA + ATP → PPi + AA-AMP
PPi → 2Pi
總式：AA + ATP → 2PPi + AA-AMP
特別值得注意的是，在這個反應中，三磷酸腺苷內的高能磷酸鍵得以保留。
tRNA裝載過程是AA-AMP和tRNA發生反應最終形成AA-tRNA的過程。其化學本質是tRNA受體臂上的3'端羥基-OH攻擊AA-AMP上連接P原子和C原子的O原子，最終形成裝載完畢的tRNA。通過這種方式裝載完畢的tRNA依然保留了一個高能鍵。高能鍵的保留對于后續反應的發生相當重要。
這兩部反應是由氨酰-tRNA合成酶（AA-tRNA synthetase）催化完成的。后續將對該酶的結構生物學基礎做進一步探討。