Екзотермічна реакція (від грец. ἔξω екзо – назовні і θερμός термос – теплота) – хімічна реакція або ядерна реакція, що супроводжується виділенням теплоти. За знаком тепловиділення протилежна ендотермічній реакції – реакції з поглинанням теплоти.
Реакції, протікають із виділенням теплоти, називаються екзотермічними. Реакції, протікають з поглинанням теплоти, називаються ендотермічними. Найчастіше у природі протікають екзотермічні процеси.
Ендотермічні реакції протікають з поглинанням теплоти. Кількість поглиненої теплоти вказують зі знаком "-". До ендотермічних реакцій найчастіше відносять реакції розкладання.
Якщо в результаті передбачуваної реакції енергія продуктів реакції виявляється більше, ніж енергія вихідних речовин, а ентропія менше ("в гору до більшого порядку"), то така реакція не йде.