La reacción química entre HCl y naranja de metilo se puede representar de la siguiente manera:
$$HCl + H_2O \rightarrow H_3O^+ + Cl^-$$
$$H_3O^+ + Metilo\ naranja \rightarrow H_2O + Metilo\ naranja^+$$
En esta reacción, los iones H3O+ del HCl reaccionan con las moléculas de naranja de metilo para formar agua e iones de naranja de metilo+. Los iones naranja de metilo+ son amarillos, por lo que la solución se vuelve amarilla cuando se agrega HCl.