Utlenianie alkoholi katalizowane przez TEMPO zachodzi najczęściej poprzez sól oksoamoniową. Związek ten powstaje in situ w mieszaninie reakcyjnej pod wpływem utleniania TEMPO za pomocą właściwego utleniacza np. podchlorynu lub podbrominu sodu, albo związków jodu wykazujących właściwości utleniające, takich jak PIDA (z – I,I-dioctan jodobenzenu) lub PIFA (z – I,I-bis(trifluorooctan) jodobenzenu). Rodniki nitroksylowe mogą być stosowane w reakcjach utlenienia w ilościach katalitycznych. Pierwszym etapem takiego cyklu katalitycznego jest zwykle nukleofilowy atak atomu tlenu grupy hydroksylowej alkoholu na elektrofilowy atom azotu soli oksoamoniowej. Następnie w wyniku przegrupowania [2,3]-sigmatropowego uwalniany jest odpowiedni związek karbonylowy (aldehyd lub keton) i tworzy się hydroksyloamina.