Składa się z trzech elementarnych etapów: unieruchomienia szkodliwej substancji w glebie, pobrania unieruchomionych substancji przez system korzeniowy i transport do części nadziemnych rośliny.
Przebieg procesu Szybkość pobierania substancji przez system korzeniowy zależy od formy występowania zanieczyszczenia w glebie, natomiast efektywność całego procesu jest zależna od odczynu gleby, procesów oksydacyjno-redukcyjnych oraz aktywności mikrobiologicznej. Na przykład metale ciężkie zaabsorbowane na powierzchni materii organicznej lub tlenków żelaza, manganu, glinu są łatwo dostępne dla roślin, natomiast występujące w kompleksach mają znacznie mniejszą biodostępność. Literatura wyróżnia dwa rodzaje fitoekstrakcji: metodę ciągłą z wykorzystaniem hiperakumulatorów oraz metodę indukowaną, która opiera się o dostarczanie do skażonej gleby związków chelatujących. Metoda ciągła korzysta z nadzwyczajnie intensywnego pobierania i akumulowania zanieczyszczeń przez wybrane gatunki roślin m.in. Thlaspi caerulescens, Alyssum bertolonii, Silene cucubalus. Ze względu na niską biomasę hiperakumulatorów proces ten jest długotrwały i dziś może się sprowadzać do ewentualnej fitoekstrakcji Cd i Ni z gleb umiarkowanie zanieczyszczonych.