Keemilised reaktsioonid tekivad siis, kui kaks ainet vastastikku moodustavad uusi ühendeid või molekule. Need protsessid on oma olemuselt üldlevinud ja eluks olulised; Näiteks NASA elu määratlus kirjeldab seda kui "isemajandavat keemilist süsteemi võimeline Darwini evolutsiooniks. "Mitmed tegurid määravad, millal ja kas keemiline reaktsioon toimub tekkida.
Kokkupõrked
Kui kaks molekuli põrkuvad õige suuna ja piisava jõuga, võib tekkida keemiline reaktsioon. Kõik kokkupõrked ei tekita siiski reaktsioone; aatomid või molekulid peavad olema võimelised rekombineeruma, moodustades uusi ühendeid. Näiteks heeliumi aatomid on inertsed; nad ei reageeri teiste gaasidega, kuna nende välimine elektronkest on juba täis.
Aatomite vaheliste sidemete purustamine võtab energiat, uute sidemete moodustamine aga energiat. Kui kahe aatomi kombinatsioonil on madalam energia kui üksikutel aatomitel, on nende aatomite vormis olev ühend stabiilne. Sellise reaktsiooni tekkimise ennustamiseks võime kasutada termodünaamikat.
Entroopia
Entroopia on häire näitaja. Termodünaamika teine seadus väidab, et suletud süsteemi entroopia ei saa kunagi väheneda. Kui reaktsioon suurendab süsteemi ja selle ümbruse kogu entroopiat, on reaktsioon spontaanne. Reaktsioonid, mis ei ole spontaansed, tekivad ainult siis, kui need on ühendatud spontaanse reaktsiooniga või süsteemiga töö tegemise tagajärjel (st energia kulutamise kaudu, mis põhjustab netoentroopia suurenemist). Järelikult suureneb universumi kogu entroopia alati.
Näiteks juhib teie keha reaktsioone, mis ei ole spontaansed (nt valgusüntees), kasutades reaktsioone, mis vabastavad energiat ja põhjustavad kogu entroopia suurt kasvu (nt glükoosi metabolism).
Totaalset entroopiat on raske mõõta, seetõttu ennustavad keemikud reaktsiooni arvutamisel spontaanset reaktsiooni Gibbsi vaba energia, mida nad määratlevad kui konstantsel rõhul reageerides neelduvat soojust, millest lahutatakse temperatuur, korrutas süsteemi entroopia muutus. Negatiivne Gibbsi vaba energia näitab spontaanset reaktsiooni.
Tasakaal
Asjaolu, et reaktsioon on spontaanne, ei tähenda alati, et see juhtuks kiiresti. Teemandi süsinikuaatomite vahelised reaktsioonid on spontaansed, kuid need reaktsioonid on nii aeglased, et teemandid kestavad väga kaua.
Reaktsioonid võivad saavutada ka tasakaalu seisundi; kui kaks vastupidist reaktsiooni toimuvad võrdse kiirusega, ei teki toote ega reagentide koguse netokasvu. Kõik need tegurid - reaktsiooni põhjustatud entroopia muutus, reaktsiooni kineetika ja reaktsiooni tasakaalupunkt - on olulised, et teha kindlaks, kas reaktsioon toimub ja mis see toimub välja nägema.