Il meccanismo di reazione consiste nell’insieme di processi elementari che avvengono durante una reazione. Descrivere un meccanismo di reazione significa descrivere in ordine cronologico la rottura e la formazione di legami chimici, con prodotti intermedi a breve vita che reagiranno ulteriormente formando i prodotti finali. Significa anche descrivere come si spostano gli elettroni di valenza di ogni singola molecola e la correlazione degli eventi con le superfici di energia potenziale. Ad esempio, la reazione in fase gassosa 2 NO + O2 → 2 NO2 avviene tramite i seguenti due processi elementari: NO + O2 → NO3 NO3 + NO → 2 NO2. In chimica organica i meccanismi di reazione vengono studiati in modo sistematizzato in funzione delle diverse tipologie di reazioni. In biochimica lo studio dei meccanismi di reazione permette di definire condizioni fisiologiche o fisiopatologiche mentre in chimica industriale fornisce importanti indicazioni per condurre reazioni sintetiche in modo molto vantaggioso, in particolare in riferimento alle condizioni operative di concentrazione, pressione, temperatura e alla catalisi.