שינוי במבנה המרחבי בלבד, כמו בהרתחתמים לאדים, איננו תגובהכימית מאחר שלא חל שינוי בקשרים הכימיים בתוך המולקולות אלא בקשרים שבין המולקולות בלבד. בתגובה כימית מולקולות עשויות להתרכב וליצורתרכובת של מולקולות גדולות יותר, להתפרק וליצור מולקולות קטנות יותר או ליצור סידור מחדש של האטומים בתוך המולקולה. תגובה כימית כרוכה, בדרך כלל, ביצירה או בשבירה (או בשניהם יחד) של קשרים כימיים, ובצריכה או בפליטה שלאנרגיה.
את מערך החומרים והמרחב בתגובות כימיות מחלקים לשני דברים עיקריים:
מערכת – החומרים אותם אנו בוחנים: המגיבים, חומרי הביניים (אם יש) והתוצרים.
סביבה – כל הדברים שאינם המערכת, אליה יכולה להיפלט אנרגיה וממנה יכולה גם להיקלט.
לרישום הפעילות המתרחשת בעת תגובה כימית משמש הכתיב הכימי.
האטומים בתגובות הכימיות אינם משנים את מקומם ואת קשריהם באופן שרירותי, אלא לפי חוקיםפיזיקליים נוקשים. ה"שאיפה" היא תמיד ליצירת קשרים כימיים יציבים, בעלי אנרגיה נמוכה (האוצרים בתוכם פחות אנרגיה).
לעיתים, לשם הפעלתה של תגובה כימית נדרשת השקעה של אנרגיה ראשונית, המכונהאנרגיית שפעול, או אנרגיית הפעלה. ישנםחומרים, המכוניםזרזים, המסוגלים להאיץ באופן ניכר אתמהירותן של תגובות כימיות, על ידי הפחתתאנרגיית השפעול של התגובה.
הלוגנציה: תגובה בה אטוםהלוגן מתווסף לתרכובת אורגנית.
הידרוליזה: תגובה בה מולקולת מים מגיבה עם מולקולה גדולה, וגורמת תוך כדי כך לפירוק המולקולה הגדולה. גם מולקולת המים מתפרקת: אטום מימן אחד מתווסף לאחת המולקולות הקטנות שנוצרו, וקבוצתהידרוקסיל (אטוםחמצן הקשור לאטום מימן) מתווספת למולקולה השנייה.
תגובות רבות המתארות תהליך ספציפי נקראות על שמם של אנשים שונים, בדרך-כלל הכימאים שגילו או פיתחו את התגובה. לדוגמה:
