Kémiai reakciók akkor fordulnak elő, amikor két anyag kölcsönhatásba lépve új vegyületeket vagy molekulákat képez. Ezek a folyamatok mindenütt jelen vannak és nélkülözhetetlenek az élet számára; A NASA életdefiníciója például "önfenntartó kémiai rendszerként" írja le képes Darwin-kori evolúcióra. "Számos tényező határozza meg, hogy egy kémiai reakció mikor és hogy lesz-e előfordul.
Ütközések
Ha két molekula ütközik a megfelelő irányban és elegendő erővel, kémiai reakció alakulhat ki. Nem minden ütközés okoz reakciót; az atomoknak vagy molekuláknak képeseknek kell lenniük újrakombinálódni új vegyületek képződéséhez. Például a héliumatomok inertek; nem reagálnak más gázokkal, mert a legkülső elektronhéjuk már megtelt.
Az atomok közötti kötések megszakítása energiát vesz fel, míg új kötések kialakítása energiát szabadít fel. Ha két atom kombinációjának energiája alacsonyabb, mint az egyes atomoké, akkor az ezek által alkotott vegyület stabil. A termodinamika segítségével megjósolhatjuk, hogy bekövetkezik-e egy ilyen reakció.
Entrópia
Az entrópia a rendellenesség mértéke. A termodinamika második törvénye szerint a zárt rendszer entrópiája soha nem csökkenhet. Ha egy reakció megnöveli a rendszer és környezete teljes entrópiáját, a reakció spontán lesz. A nem spontán reakciók csak spontán reakcióval párosulva fordulnak elő, vagy egy rendszeren végzett munka eredményeként (vagyis energiafogyasztással, ami a nettó entrópia növekedését okozza). Következésképpen a világegyetem teljes entrópiája mindig növekszik.
Példaként említheti, hogy teste a nem spontán reakciókat (például fehérjeszintézist) hajtja végre olyan reakciók felhasználásával, amelyek energiát szabadítanak fel, és a teljes entrópia (például a glükóz metabolizmus) nagy növekedését okozzák.
A teljes entrópiát nehéz mérni, ezért a vegyészek megjósolják, hogy a reakciók spontánok lesznek-e Gibbs szabad energia, amelyeket az állandó nyomáson történő reakció által elnyelt hő, a hőmérséklet levonásával definiálnak, megsokszorozza a rendszer entrópiájának változását. A negatív Gibbs-féle szabad energia spontán reakciót jelez.
Egyensúlyi
Az a tény, hogy a reakció spontán, nem mindig azt jelenti, hogy gyorsan megtörténik. A gyémánt szénatomjai közötti reakciók spontánok, de ezek a reakciók olyan lassúak, hogy a gyémántok nagyon sokáig tartanak.
A reakciók egyensúlyi állapotot is elérhetnek; ha két ellentétes reakció azonos sebességgel történik, akkor a termék vagy a reagensek mennyisége nem növekszik nettó mértékben. Mindezek a tényezők - az entrópia reakció által okozott változása, a reakció kinetikája és a a reakció egyensúlyi pontja - fontosak annak meghatározásában, hogy a reakció bekövetkezik-e és mi lesz hasonló.