鏈式反應是一系列反應，其中反應性產物或副產物導致發生額外反應。在連鎖反應中，正反饋會導致一連串自我放大的事件。

鏈式反應是不處于熱力學平衡狀態的系統釋放能量或增加熵以達到更高熵狀態的一種方式。例如，一個系統可能無法通過將能量釋放到環境中來達到較低的能量狀態，因為它以某種方式被阻礙或阻止了會導致能量釋放的路徑。如果反應導致小能量釋放為擴展鏈中的更多能量釋放讓路，那么系統通常會爆炸性地崩潰，直到大部分或全部存儲的能量被釋放。

因此，鏈式反應的宏觀比喻是雪球導致更大的雪球，直到最終導致雪崩（雪球效應）。這是存儲的重力勢能尋求通過摩擦釋放路徑的結果。從化學上講，相當于雪崩的是引起森林火災的火花。在核物理學中，一個雜散的中子可能會導致迅速的臨界事件，最終可能會產生足夠的能量，導致核反應堆熔化或（在炸彈中）發生核爆炸。

1913年，德國化學家馬克斯·博登斯坦首先提出化學鏈式反應的思想。如果兩個分子發生反應，不僅會形成最終反應產物的分子，還會形成一些不穩定的分子，這些不穩定的分子可以比初始反應物更大的概率進一步與母體分子發生反應。（在新的反應中，除了穩定的產物之外，還會形成更多的不穩定分子，等等。）

1918年，WaltherNernst提出氫和氯之間的光化學反應是一種連鎖反應，以解釋所謂的量子產率現象。這意味著一個光子負責形成多達106個產品HCl分子。Nernst提出光子將一個Cl2分子解離成兩個Cl原子，每個Cl原子啟動形成HCl的長鏈反應步驟。

1923年，丹麥和荷蘭的科學家克里斯蒂安·克里斯蒂安森和亨德里克·安東尼·克萊默斯在對聚合物形成的分析中指出，這樣的鏈式反應不一定要從一個受光激發的分子開始，也可以從兩個分子的劇烈碰撞開始。如先前由van\'tHoff提出的用于引發化學反應的熱能。

Christiansen和Kramers還指出，如果在反應鏈的一個環節中產生兩個或多個不穩定分子，反應鏈就會分支和增長。結果實際上是指數增長，從而引起反應速率的爆炸性增長，甚至化學爆炸本身。這是關于化學爆炸機制的xxx個提議。

1934年，蘇聯物理學家尼古拉·謝苗諾夫后來創立了定量鏈化學反應理論。謝苗諾夫與西里爾·諾曼·欣謝爾伍德爵士分享了1956年的諾貝爾獎，后者獨立開發了許多相同的定量概念。

鏈式反應的主要步驟類型有以下幾種。

*鏈支化（一個增長步驟，其中一個活性粒子進入該步驟并形成兩個或多個）；*鏈轉移（一個增長步驟，其中活性粒子是增長的聚合物鏈，其反應形成非活性聚合物，其增長被終止和一個活性小顆粒（如自由基），然后可能反應形成新的聚合物鏈）。

鏈長定義為傳播循環重復的平均次數，等于總反應速率除以引發速率。

一些鏈式反應具有復雜的速率方程，具有分數階或混合階動力學。

H2+Br2→2HBr的反應通過以下機理進行：

Br2→2Br?（熱）或Br2+hν→2Br?（光化學）每個Br原子都是一個自由基，用符號???表示，代表一個不成對的電子。Br?+H2→HBr+H?H?+Br2→HBr+Br?這兩個步驟的總和對應于整個反應H2+Br2→2HBr，由Br?催化，參與xxx步并在第二步中再生。H?+HBr→H2+Br?此步驟特定于該示例，對應于反向中的xxx個傳播步驟。兩個自由基的重組，在該示例中對應于反向起始。

正如可以使用穩態近似解釋的那樣，熱反應具有分數階(3/2)的初始速率和具有兩項分母的完整速率方程（混合階動力學）。

• 在鏈增長聚合中，增長步驟對應于增長的聚合物鏈的伸長。鏈轉移對應于活性從這個生長終止的生長鏈轉移到另一個分子，該分子可以是第二個生長的聚合物鏈。對于聚合，上面定義的動力學鏈長可能與產物大分子的聚合度不同。
• 聚合酶鏈式反應，一種分子生物學中使用的技術，通過使用DNA聚合酶進行體外酶促復制來擴增（制作多個拷貝）一段DNA。

乙醛的熱解（熱分解），CH3CHO(g)→CH4(g)+CO(g)，通過Rice-Herzfeld機理進行：

CH3CHO(g)→?CH3(g)+?CHO(g)k1

甲基和CHO基團是自由基。

?CH3(g)+CH3CHO(g)→CH4(g)+?CH3CO(g)k2

該反應步驟提供甲烷，它是兩種主要產物之一。

?CH3CO(g)→CO(g)+?CH3(g)k3

上一步的產物?CH3CO(g)產生一氧化碳(CO)，它是第二個主要產物。

兩個增長步驟的總和對應于由甲基自由基?CH3催化的總反應CH3CHO(g)→CH4(g)+CO(g)。

?CH3(g)+?CH3(g)→C2H6(g)k4

該反應是乙烷（次要產物）的xxx來源，并被認為是主鏈終止步驟。

盡管這種機制解釋了主要產物，但也有一些其他產物的形成程度較低，例如丙酮(CH3COCH3)和丙醛(CH3CH2CHO)。

1933年，里奧·西拉德（LeoSzilard）在發現中子后不久提出了核鏈式反應，但比首次發現核裂變還早了五年多。Szilárd知道化學鏈式反應，他一直在閱讀有關高能質子轟擊鋰的產生能量的核反應，由JohnCockcroft和ErnestWalton演示,在1932年。現在，Szilárd提議使用理論上由較輕同位素中的某些核反應產生的中子，以誘導產生更多中子的輕同位素的進一步反應。這在理論上會在原子核的水平上產生連鎖反應。他沒有設想裂變是這些產生中子的反應之一，因為當時這種反應并不為人所知。他提出的使用鈹和銦的實驗失敗了。

后來，在1938年發現裂變后，西拉德立即意識到利用中子誘導裂變作為產生鏈式反應所必需的特定核反應的可能性，只要裂變也產生中子。1939年，Szilárd與EnricoFermi一起證明了鈾中的這種中子倍增反應。在這個反應中，一個中子加上一個可裂變原子會引起裂變，從而產生比初始反應中消耗的單個中子更多的中子。從而產生了基于中子誘導核裂變機制的實用核鏈式反應。

具體而言，如果產生的一個或多個中子本身與其他可裂變核相互作用，并且這些核也發生裂變，那么宏觀整體裂變反應有可能不會停止，而是在整個反應材料中繼續進行。然后這是一個自我傳播并因此自我維持的連鎖反應。這是核反應堆和原子彈的原理。

1942年末，EnricoFermi和其他人在xxx座人造核反應堆芝加哥Pile-1的成功運行中完成了自我維持核鏈式反應的演示。

當電場超過某個閾值時，氣體中兩個未連接的電極之間會發生電子雪崩。在稱為碰撞電離的過程中，氣體原子的隨機熱碰撞可能會產生一些自由電子和帶正電的氣體離子。這些自由電子在強電場中的加速使它們獲得能量，當它們撞擊其他原子時，能量會導致釋放新的自由電子和離子（電離），從而為相同的過程提供燃料。如果這個過程發生的速度比離子重組自然猝滅的速度快，那么新離子會在連續的循環中繁殖，直到氣體分解成等離子體并且電流在放電中自由流動。

電子雪崩對于氣體中的介電擊穿過程至關重要。該過程可以在電暈放電、流光、引線或完全彌合間隙的火花或連續電弧中達到高潮。這個過程可能會延伸出巨大的火花——閃電放電中的流光通過在流光前進尖端之前的高電位梯度中形成電子雪崩來傳播。一旦開始，雪崩通常會因光電子的產生而加劇由于被激發的介質在尾尖區域的原子發出的紫外線輻射。由此產生的等離子體的極高溫度使周圍的氣體分子破裂，自由離子重新結合以產生新的化合物。

該過程還可以用于檢測啟動該過程的輻射，因為單個粒子的通過可以被放大到大的放電。這是蓋革計數器的機制，也是火花室和其他電線室的可視化。

雪崩擊穿過程可能發生在半導體中，在某些方面類似于輕度電離氣體的導電。半導體依靠通過熱振動從晶體中敲出的自由電子進行傳導。因此，與金屬不同，半導體溫度越高，導體越好。這為相同類型的正反饋設置了條件——電流產生的熱量會導致溫度升高，從而增加電荷載流子、降低電阻并導致更多電流流動。這可能會持續到半導體結處的正常電阻完全擊穿和設備故障（這可能是暫時的或xxx性的，具體取決于晶體是否存在物理損壞）。某些器件，例如雪崩二極管，故意利用效果。