二氧化硫氧化为三氧化硫，必须在催化剂存在下才能有效地进行。需要从化学平衡、反应动力学等方面综合考虑，才能认识氧化反应的规律。
（一）二氧化硫氧化反应的化学平衡
二氧化硫氧化为三氧化硫的反应是一个可逆、放热及体积缩小的反应。
其平衡常数可表示为
式中 p*（SO3）、p*（SO2）、p*（O2）——别为SO3、SO2及O2的平衡分压。
在400～700℃范围内，平衡常数与温度的关系可用下式表示：
由平衡常数表达式可知，随着温度的降低，Kp增大。
平衡转化率（xT）反映在某一温度下，反应可以进行的极限程度。
式中 xT——反应的平衡转化率。
由此可推出：
据以上分析可知，二氧化硫的平衡转化率随原始气体组成、温度和压力而变化。降低反应温度、增加压力，会使平衡转化率升高。但常压下平衡转化率已经较高，通常达到95%～98%，所以在工业生产中不需要采用高压。
（二）二氧化硫氧化反应动力学
二氧化硫催化氧化反应由以下几步组成。
（1）氧分子从气相中扩散到催化剂表面。(www.xing528.com)
（2）氧分子被吸附到催化剂表面。
（3）氧分子键断裂，形成活化氧原子。
（4）二氧化硫吸附到催化剂表面。
（5）吸附在催化剂表面的二氧化硫与氧原子进行电子重排，形成三氧化硫。
（6）三氧化硫分子从催化剂表面脱附，扩散进入气相主体。
在上述过程中，氧的吸附速率最慢，是整个催化氧化过程的控制步骤。
国际上众多学者对二氧化硫在钒催化剂作用下的氧化反应动力学进行了系统研究，但由于所用钒催化剂的结构、特性及实验条件不同，所得的动力学方程也颇不相同。比较被认可的是波列斯科夫方程：
式中 v——化学反应速率，kmol/［m3（cat）·s］；
k——反应速率常数；
y（SO3）、y（SO2）、y（O2）——分别为气体混合物中SO3、SO2、O2的浓度，kmol/m3；
y*（SO2）——在反应温度下，混合气中SO2的平衡浓度，kmol/m3。
如果将SO2、O2的起始浓度以a、b及转化率x代入上式，整理并积分得：
不难看出，随着k'的增加，τ0相应减小，即反应速率常数的提高意味着反应时间的缩短。SO2浓度增加，则混合气中的O2含量相应降低，τ0值增大，也就是说需要更多的钒触媒。x越接近xT，就越接近平衡，氧化反应越难进行。
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