Окисление — это процесс, обратный восстановлению, приводящий к потере электронов или добавлению кислорода к молекуле, увеличивая степень окисления атома углерода. В синтезе психоактивных веществ окисление часто используется для преобразования алкенов в кетоны или альдегиды, для модификации боковых цепей или для формирования ароматических систем. Перманганат калия (KMnO4) является сильным, но неселективным окислителем, который может использоваться для расщепления двойных связей с образованием карбоновых кислот, для окисления спиртов до карбоновых кислот или для превращения алкилбензолов. При использовании KMnO4 важно контролировать температуру и pH, так как он может быть очень агрессивным. Соединения хрома (например, дихромат калия, оксид хрома(VI), PCC - хлорхромат пиридиния) используются для окисления спиртов до карбонильных соединений (альдегидов и кетонов); PCC более селективен для получения альдегидов из первичных спиртов. Однако все соединения хрома токсичны и требуют особой осторожности при обращении и утилизации. Перекись водорода (H2O2) в присутствии катализаторов (например, солей переходных металлов) может быть использована для мягкого окисления, например, алкенов до эпоксидов (реакция Прилежаева) или для окисления сульфидов. Озонолиз, использующий озон (O3), является мощным методом для расщепления двойных связей с образованием альдегидов или кетонов, требующий специального генератора озона. Выбор окислителя зависит от конкретной синтетической задачи, требуемой селективности, условий реакции и совместимости с другими функциональными группами в молекуле. После окисления часто требуется тщательная очистка продукта от остатков окислителя и побочных продуктов.