半反應（或半電池反應）是氧化還原反應的氧化或還原反應成分。 半反應是通過考慮參與氧化還原反應的單個物質的氧化態變化而獲得的。通常，半反應的概念用于描述電化學電池（例如原電池）中發生的情況。 可以寫出半反應來描述經歷氧化的金屬（稱為陽極）和經歷還原的金屬（稱為陰極）。

半反應通常用作平衡氧化還原反應的方法。 對于酸性條件下的氧化還原反應，平衡原子數和氧化數后，需要加入H+離子來平衡半反應中的氫離子。 對于堿性條件下的氧化還原反應，在平衡原子和氧化數后，先將其視為酸性溶液，然后加入OH-離子以平衡半反應中的H+離子（會生成H2O）。

考慮相鄰圖像中顯示的原電池：它由一塊浸沒在硫酸鋅 (ZnSO4) 溶液中的鋅 (Zn) 和一塊浸沒在硫酸銅 (II) 溶液中的銅 (Cu) 構成（ 硫酸銅）。 總體反應是：

Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)

在 Zn 陽極，發生氧化（金屬失去電子）。 這在以下氧化半反應中表示（注意電子在產物側）：

Zn(s) → Zn2+ + 2e?

在 Cu 陰極，發生還原（接受電子）。 這在以下還原半反應中表示（注意電子在反應物一側）：

Cu2+ + 2e? → Cu(s)

以鎂帶 (Mg) 的燃燒為例。 當鎂燃燒時，它根據以下方程式與空氣中的氧氣 (O2) 結合形成氧化鎂 (MgO)：

2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)

氧化鎂是一種離子化合物，包含 Mg2+ 和 O2- 離子，而 Mg(s) 和 O2(g) 是不帶電荷的元素。 零電荷的 Mg(s) 從反應物側到產物側獲得 +2 電荷，零電荷的 O2(g) 獲得 -2 電荷。 這是因為當Mg(s)變成Mg2+時，它失去了2個電子。 由于左側有 2 個 Mg，根據以下氧化半反應，總共失去 4 個電子：

2Mg(s) → 2Mg2+ + 4e?

另一方面，O2 被還原：其氧化態從 0 變為 -2。 因此，當 O2 獲得 4 個電子時，可以寫出還原半反應：

O2(g) + 4e? → 2O2?

總反應是兩個半反應的總和：

2Mg(s) + O2(g) + 4e? →2Mg2+ + 2O2? + 4e?

當發生化學反應，特別是氧化還原反應時，我們看不到電子在反應過程中的出現和消失。 我們看到的是反應物（起始材料）和最終產物。 因此，出現在等式兩邊的電子被抵消了。 抵消后，方程改寫為

2Mg(s) + O2(g) →2Mg2+ + 2O2?

兩個離子，正 (Mg2+) 和負 (O2-) 存在于產品側，由于它們的相反電荷（靜電吸引），它們立即結合形成復合氧化鎂 (MgO)。 在任何給定的氧化還原反應中，都有兩個半反應——氧化半反應和還原半反應。 這兩個半反應的總和就是氧化還原反應。

考慮以下反應：

Cl2 + 2Fe2+ → 2Cl? + 2Fe3+

所涉及的兩種元素，鐵和氯，各自改變氧化態； 鐵從+2到+3，氯從0到-1。 然后實際上發生了兩個半反應。 這些變化可以通過在每個半反應中插入適當的電子來表示在公式中：

Fe2+ → Fe3+ + e?Cl2 + 2e? → 2Cl?

給定兩個半反應，在了解適當的電極電勢的情況下，有可能以相同的方式達到完整（原始）反應。 將反應分解為半反應是理解各種化學過程的關鍵。 例如，在上述反應中，可以證明這是一個氧化還原反應，Fe被氧化，Cl被還原。 注意電子從 Fe 轉移到 Cl。 分解也是一種簡化化學方程式平衡的方法。 化學家一次可以對一個方程式進行原子平衡和電荷平衡。

例如：

• Fe2+ → Fe3+ + e? 變為 2Fe2+ → 2Fe3+ + 2e?
• 添加到 Cl2 + 2e? → 2Cl?
• 最后變成Cl2 + 2Fe2+ → 2Cl? + 2Fe3+

也有可能而且有時有必要考慮在堿性或酸性條件下的半反應，因為在氧化還原反應中可能存在酸性或堿性電解質。 由于這種電解質，可能更難滿足原子和碳的平衡