Oxymercuratie is zeer regioselectief en is een Markovnikov-reactie volgens het boekje; als extreme gevallen worden uitgesloten, zal het nucleofiel water altijd bij voorkeur de meer gesubstitueerde koolstof aanvallen en daar de resulterende hydroxigroep afzetten. Dit verschijnsel wordt verklaard door bestudering van de drie resonantiestructuren van het aan het eind van de eerste stap gevormde mercuronium-ion.
Bij inspectie van deze structuren blijkt dat de positieve lading van het kwikatoom soms op de meer gesubstitueerde koolstof terechtkomt (ongeveer 4% van de tijd). Dit vormt een tijdelijke tertiaire carbokering, die een zeer reactief elektrofiel is. Het nucleofiel zal op dit moment het mercuroniumion aanvallen. Daarom valt het nucleofiel de meer gesubstitueerde koolstof aan, omdat deze een positiever karakter behoudt dan de minder gesubstitueerde koolstof.
Stereochemisch gezien is oxymercuratie een anti-additie. Zoals blijkt uit de tweede stap, kan het nucleofiel de koolstof van hetzelfde oppervlak als het kwikion niet aanvallen vanwege sterische hinder. Er is eenvoudigweg onvoldoende ruimte op dat vlak van het molecuul om zowel een kwikion als het aanvallende nucleofiel te herbergen. Daarom zullen, wanneer vrije rotatie onmogelijk is, de hydroxy- en acetoxymercurigroepen altijd trans aan elkaar zijn.
Hieronder wordt een voorbeeld gegeven van de regioselectiviteit en stereospecificiteit van de oxymercuratiereactie met gesubstitueerde cyclohexenen. Een volumineuze groep als t-butyl sluit de ring in een stoelconformatie en voorkomt ringomkering. Met 4-t-butylcyclohexeen levert oxymercuratie twee producten op – waarbij additie over de dubbele binding altijd anti is – met een lichte voorkeur voor de acetoxymercuratiegroep trans aan de t-butylgroep, wat resulteert in iets meer cis-product. Met 1-methyl-4-t-butylcyclohexeen levert oxymercuratie slechts één product op – nog steeds een anti-additie over de dubbele binding – waarbij water alleen de meer gesubstitueerde koolstof aanvalt. De reden voor de anti-additie over de dubbele binding is dat de overlap van de banen van het lone-paar van het water en de lege baan van het mercuronium-ion aan de andere kant van de acetoxykwikgroep wordt gemaximaliseerd. De regioselectiviteit is zodanig dat water de meer gesubstitueerde koolstof aanvalt, maar water voegt geen syn toe over de dubbele binding, wat impliceert dat de overgangstoestand de voorkeur geeft aan water dat aanvalt aan de andere kant van de acetomercury-groep.
