化学反応（かがくはんのう、英語:Chemical reaction）とは、原子間の結合の生成、あるいは切断によって異なる物質を生成する変化のことである。 化学変化 (chemical change)と同義である。 一般に化学の領域、分野で扱われる。 化学反応は、一個の分子内で起こる場合もあれば、同種あるいは異種の分子間で起こる場合もある。
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反応する物質を反応物あるいは基質 (substrate)、反応によって生ずる物質を生成物と呼ぶ。
化学反応に伴う反応熱は、核反応に伴う反応熱よりも一般には低い。だが三態間の状態変化のような物理変化に伴う熱よりは高い。
古代以前に人類が認識していた様々な変化の中で、化学変化であるものには次の例がある。これらは日常世界で人が認識できる化学変化の実例でもある。古代以前から、これらの変化では物の材質が変化すると認識されていたと考えられる。
燃焼
錆 金属の酸化
金属の精錬 鉱石（酸化物、硫化物など）から金属への変化
陶磁器の窯焼き
石鹸の製造
加熱による調理 タンパク質の変成などは化学変化。溶解などは物理変化。
腐敗
発酵
呼吸
消化
なお、呼吸、消化、その他の生命現象の大部分は化学変化に他ならないが、フリードリヒ・ヴェーラーにより初めて無機化合物から有機化合物が合成されるまでは、生命に関する化学変化には生命力が関与しているとして、無機的な化学変化とは区別する考えもあった。また腐敗や発酵に生物が関与していることは、パスツールの研究により初めて明確に認識された。