التفاعل الكيميائي عملية تتحوَّل فيها مادة كيميائية إلى مادة أخرى. وتنطوي جميع التفاعلات الكيميائية على تكوين أو تفكيك الروابط بين الذرات. ومن التفاعلات الكيميائية صدأ الحديد وهضم الطعام. ومعظم التفاعلات الكيميائية تنتج حرارة. فالتفاعلات الكيميائية التي تحدث في عملية الهضم مثلاً، تولد حرارة تحافظ على أجسامنا دافئة.

وتعرف سرعة التفاعل الكيميائي بمعدل التفاعل، ولا تتوقف فقط على الحرارة والضغط، ولكن أيضًا على طبيعة وتركيز المركبات المتفاعلة. فالصدأ مثال على تفاعل بطيء، بينما الانفجار تفاعل ذو معدل تفاعلي مرتفع جدًا.

ويستخدم الكيميائيون المعادلات الكيميائية ليعبروا بها عما يحدث في التفاعلات الكيميائية. وتتكون المعادلات الكيميائية من الصيغ الكيميائية والرموز التي توضح المواد المشاركة في التغير الكيميائي. فمعادلة صدأ الحديد، على سبيل المثال، هي:

4Fe(s) + 3O2(g)¶ 2Fe2O3(s)

توضح هذه المعادلة تفاعل أربع ذرات من الحديد الصلب (Fe(s)) مع ثلاث جزيئات من غاز الأكسجين (O2(g)) لتكوين وحدتين من صلب الصدأ (Fe2O3(s)).

وتوضح التجارب التي أجريت على هذه المعادلة أن الحديد والأكسجين يتفاعلان دائمًا بهذه النسبة. والصدأ هو حصيلة أو ناتج التفاعل، ويسمى كل من الحديد والأكسجين المتفاعل، أي المادة التي تعرضت للتغيير الكيميائي.

وفي التفاعل الكيميائي، لا يحدث تغيير في العدد الكلي للذرات أو نوع الذرات بالرغم من اختفاء إحدى المواد وتكون مادة أخرى. ففي مثال صدأ الحديد أعلاه، تشتمل المتفاعلات على عشر ذرات، بما في ذلك الذرات الست المكونة لجزيئات غاز الأكسجين الثلاثة. ويتكون الناتج أيضًا من عشر ذرات. ولكن نواتج التفاعل الكيميائي وصيغها تختلف عن المتفاعلات.

وتختلف التفاعلات الكيميائية عن التغيرات الفيزيائية والتفاعلات النووية. ففي التغير الفيزيائي مثل، انصهار الثلج، نجد أن المادة التي تتعرض للتغير (الثلج) لها نفس تركيب المادة الناتجة (الماء). بينما في التفاعل النووي، تتحول الذرة إلى ذرة أخرى نتيجة لتغيرات في نواتها.