Bên trong tế bào hành tây có hai loại chất được giữ tách biệt: một loại enzyme và một hợp chất chứa lưu huỳnh. Khi dao cắt qua, hàng loạt tế bào bị phá vỡ cùng lúc, hai chất này trộn lẫn vào nhau và phản ứng cực nhanh, sinh ra một khí dễ bay hơi mang tên gọi khoa học dài dòng nhưng người ta hay gọi tắt là hơi cay hành. Khí này nhẹ, bay là là lên trên và dễ dàng chạm tới mắt người đang đứng cắt gần đó.

Nguyên nhân cốt lõi là phản ứng hoá học xảy ra ngay khi khí cay tiếp xúc với lớp nước mắt tự nhiên bao phủ nhãn cầu. Khí sinh ra từ hành hoà tan vào lớp nước mỏng đó và biến thành một axit rất loãng gọi là axit sulfenic. Axit này kích thích đầu dây thần kinh cảm giác trên giác mạc, não bộ hiểu tín hiệu đó là có dị vật gây hại nên lập tức ra lệnh tuyến lệ tiết thêm nước mắt để rửa trôi chất lạ. Hành tây càng được trồng ở đất nhiều lưu huỳnh và càng tươi mới cắt thì lượng khí sinh ra càng nhiều, nên cảm giác cay mắt càng rõ rệt.

Bạn có thể thử tự kiểm chứng: cắt một củ hành tây ở khoảng cách gần mặt, mắt sẽ cay chảy nước chỉ sau vài giây; nhưng nếu cắt dưới vòi nước chảy nhẹ hoặc đặt quạt thổi hơi cay ra xa, mắt sẽ đỡ cay hẳn vì khí bị nước cuốn trôi hoặc gió thổi bạt đi trước khi kịp chạm mắt. Nhiều đầu bếp còn ướp lạnh hành tây trong ngăn mát khoảng mười lăm phút trước khi cắt, vì nhiệt độ thấp làm phản ứng sinh khí diễn ra chậm hơn hẳn.

Nhiều người tưởng nước mắt chảy ra chỉ vì mùi hành quá nồng làm khó chịu, nhưng thực chất đó là phản xạ bảo vệ mắt trước một axit nhẹ vừa hình thành, chứ không đơn thuần là phản ứng với mùi. Cũng có người nghĩ ngâm hành trong nước trước khi cắt sẽ hết cay hoàn toàn, nhưng cách này chỉ giảm bớt phần nào vì enzyme sinh khí vẫn hoạt động ngay khi dao chạm vào, không thể loại bỏ triệt để nếu không làm lạnh hoặc cắt dưới nước chảy.