链反应（chain reaction），通过在反应过程中交替和重复产生的活性中间体（自由基或自由原子）而使反应持续进行的一类化学反应。如反应H₂＋Cl₂→2HCl的机理如下：

Cl₂＋M→2Cl＋M（1）

Cl＋H₂→HCl＋H（2）

H＋Cl₂→HCl＋Cl（3）

……

2Cl＋M→Cl₂＋M（4）

在反应（1）中，靠热、光、电或化学作用产生活性组分——氯原子，随之在反应（2）、（3）中活性组分与反应物分子作用而交替重复产生新的活性组分——氯原子和氢原子，使反应能持续不断地循环进行下去，直到活性组分消失，此即链反应。反应中的活性组分称为链载体。

链反应的机理一般包括3个步骤：①链引发。是依靠热、光、电、化学等作用在反应系统中产生第一个链载体的反应，一般为稳定分子分解为自由基的反应，如反应（1）。②链的传递。由链载体与饱和分子作用产生新的链载体和新的饱和分子的反应，如反应（2）、（3）。③链终止。链载体的消亡过程，如反应（4）。式中M为接受链终止所释放出能量的第三体（其他分子或反应器壁等）。

在链传递阶段，若一个旧的链载体消失只导致产生一个新的链载体，称为直链反应；若一个旧的链载体消失而导致产生两个或两个以上的新的链载体，则称为支链反应。