在化學中，反應機理是發生整體化學變化的基本反應的逐步序列。

化學機理是一種理論猜想，它試圖詳細描述在整個化學反應的每個階段發生了什么。 在大多數情況下，無法觀察到反應的詳細步驟。 選擇推測的機制是因為它在熱力學上是可行的，并且在分離的中間體（見下一節）或反應的其他定量和定性特征方面有實驗支持。 它還描述了每個反應性中間體、活化復合物和過渡態，以及哪些鍵斷裂（以及以何種順序），以及哪些鍵形成（以及以何種順序）。 一個完整的機制還必須解釋使用反應物和催化劑的原因、在反應物和產物中觀察到的立體化學、形成的所有產物以及每種產物的量。

電子或箭頭推動法常用于說明反應機理； 例如，參見以下實施例部分中安息香縮合機理的說明。

反應機制還必須考慮分子反應的順序。 通常看似一步轉化實際上是多步反應。

反應中間體是化學物質，通常不穩定且壽命短（但有時可以分離），它們不是整個化學反應的反應物或產物，而是機制反應步驟中的臨時產物和/或反應物。 反應中間體通常是自由基或離子。

動力學（反應步驟的相對速率和整個反應的速率方程）根據將反應物轉化為建議的過渡態（對應于反應坐標xxx值的分子態，和 反應勢能面上的鞍點）。

有關反應機理的信息通常通過使用化學動力學來確定每個反應物中的速率方程和反應順序來提供。

例如考慮以下反應：

CO + NO2 → CO2 + NO

在這種情況下，實驗已經確定該反應根據速率定律 r = k [ N O 2 ] 2 {\displaystyle r=k[NO_{2}]{2}} 發生。 這種形式表明決速步驟是兩個 NO2 分子之間的反應。 解釋速率定律的整體反應的可能機制是：

2 NO2 → NO3 + NO（慢）NO3 + CO → NO2 + CO2（快）

每一步稱為基本步，每一步都有自己的速率規律和分子性。 基本步驟應該加起來就是原始反應。 （意思是，如果我們要抵消出現在反應兩側的所有分子，我們將留下原始反應。）

在確定反應的總速率定律時，最慢的步驟是確定反應速率的步驟。 因為xxx步（在上述反應中）是最慢的一步，所以它是決速步驟。 因為它涉及兩個 NO2 分子的碰撞，所以它是速率為 r {\displaystyle r} 的雙分子反應，遵循速率定律 r = k [ N O 2 ( t ) ] 2 {\displaystyle r=k[NO_ {2}(t)]{2}}。

其他反應可能有幾個連續步驟的機制。 在有機化學中，A. J. Lapworth于1903年提出的安息香縮合反應機理是最早提出的反應機理之一。

鏈式反應是復雜機制的一個例子，其中傳播步驟形成一個封閉的循環。在鏈式反應中，一個步驟中產生的中間體在另一個步驟中生成中間體。中間體稱為鏈載體。 有時，鏈載體是自由基，它們也可以是離子。 在核裂變中，它們是中子。

連鎖反應有幾個步驟，其中可能包括：

• 鏈引發：這可以通過熱解（加熱分子）或光解（吸收光）導致鍵斷裂。
• 傳播：一個鏈載體產生另一個載體。
• 分支：一個載體制造多個載體。
• 延遲：鏈載體可能會與產品發生反應，從而降低產品的形成速率。 又做了一個鏈條載體，但產品濃度降低了。
• 鏈終止：自由基結合，鏈載體丟失。
• 抑制：鏈載體通過終止以外的過程被移除，例如通過形成自由基。

盡管所有這些步驟都可以出現在一個鏈式反應中，但最少的必要步驟是：引發、傳播和終止。

簡單鏈式反應的一個例子是乙醛 (CH3CHO) 熱分解為甲烷 (CH4) 和一氧化碳 (CO)。