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2つ以上の物質が結合して1つの新しい物質を作る反応です。代表的な例として水素と酸素が結合して水になる反応(2H₂ + O₂ → 2H₂O)があり、鉄がさびるときに鉄と酸素が結合して酸化鉄になるのも化合反応の一種です。
1つの物質が2つ以上のより単純な物質に分かれる反応で、化合反応とは正反対の方向です。水を電気分解すると水素と酸素に分かれる反応(2H₂O → 2H₂ + O₂)が代表的で、炭酸カルシウムを加熱すると生石灰と二酸化炭素に分解される反応(CaCO₃ → CaO + CO₂)もこれに当たります。
化合物の中の1つの元素が別の元素に置き換わる反応です。例えば亜鉛(Zn)を薄い塩酸(HCl)に入れると、亜鉛が水素を押し出してその場所を占め、塩化亜鉛と水素気体が生成される反応(Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂)が起こりますが、これは亜鉛が水素より反応性が高いためです。
物質が酸素と急速に反応し、光と熱を発する反応です。メタン(天然ガスの主成分)が酸素と反応して二酸化炭素と水を作り、熱を発する反応(CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)が代表的で、この発熱反応の原理は自動車エンジンやガスコンロなど燃料を燃やすほとんどの装置に活用されています。
電子を失う酸化と電子を得る還元が同時に起こる反応で、上で紹介した燃焼反応や置換反応の多くも酸化還元反応に含まれます。鉄が酸素と出会って電子を失いさびるのは酸化であり、同時に酸素は電子を得て還元されますが、電池が電気を作る仕組みもこの酸化還元反応を利用したものです。
2つの水溶液を混ぜたときに水に溶けにくい固体(沈殿)ができる反応です。硝酸銀水溶液と塩化ナトリウム水溶液を混ぜると、水に溶けない白色の沈殿である塩化銀(AgCl)が生じる反応(AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃)が代表的な例で、特定のイオンの存在を確認する実験によく活用されます。
化学反応の前後で原子の種類と数が絶対に変わらないという質量保存の法則があるため、反応式の矢印の両側にある原子の数は常に同じでなければなりません。このつり合いが取れて初めて、実際の反応で反応物と生成物がどれだけ必要かを正確に計算できます。
一般的に燃焼は光と熱を伴う速い酸化反応を指しますが、鉄がゆっくりとさびるように目に見える炎を伴わずに緩やかに起こる遅い酸化反応も、広い意味での酸化過程に含まれます。
矢印を基準に、反応物(矢印の左側)が複数あり生成物(矢印の右側)が1つなら化合反応、逆に反応物が1つで生成物が複数に分かれるなら分解反応と覚えると簡単です。