thumb|300px|Łańcuchowa reakcja jądrowa rozszczepienia uranu-235 zainicjowana przez pojedynczy neutron Reakcja łańcuchowa – rodzaj reakcji chemicznej, w przebiegu której reaktywne produkty przejściowe są w sposób ciągły regenerowane, umożliwiając tym samym podtrzymanie przebiegu kolejnych reakcji jednostkowych. Pojęcia tego używa się również do będących przemianami fizycznymi.
Po zainicjowaniu reakcja przebiega początkowo tylko w niewielkiej części ośrodka, lecz jej produkty – ciepło, światło, reaktywne produkty pośrednie – inicjują reakcję w kolejnym punkcie ośrodka, na skutek czego rozwija się ona lawinowo bez potrzeby udziału zewnętrznego czynnika inicjującego.
Terminologia procesów reakcji łańcuchowych Reakcja łańcuchowa jest w istocie serią jednostkowych reakcji następujących jedna po drugiej.