몇 개의 반응이 연속해서 일어나 그 반응생성물 중의 하나가 다시 반응체의 하나로 쓰이고, 거듭 생성·소멸을 되풀이하면서 진행되는 반응.

〔화학〕 이 개념을 제시한 것은 독일의 E. A. M. 보덴슈타인(1913)이며 1918년 W. H. 네른스트가 염소폭명기(鹽素爆嗚氣 ; 수소와 염소의 혼합기체)의 광(光) 화학반응에서 확증했다.

다음 식은

그 반응과정을 보여주는 것이다.

이 경우 광흡수에 의해 염소원자가 생기는데(식①), 이것이 수소분자와 반응하여 염화수소와 수소원자를 생성한대(식②). 수소원자가 염소분자와 반응하면 염화수소와 염소원자가 되며(식③), 이 염소원자가 다시 수소분자와 반응한다.

이렇게 생성된 염소원자는 다시 반응계의 일원으로 쓰이며 이것을 연쇄운반체(連鎭運搬體)라고 한다.

위의 식에서는 염소원자·수소원자가 모두 연쇄운반체이다.

연쇄반응이 이렇게 일어나는 것을 연쇄성장이라고 한다.

이와 같이 비교적 간단한 사이클이 되풀이되는 외에, 연쇄에서 갈라져 새로운 연쇄반응이 발생하며 하나의 연쇄운반체에서 두 개 이상의 연쇄운반체가 생성될 때가 있다.

이 때 반응은 가속도로 진행되며, 폭발 등의 반응이 이에 해당된다.

〔물리〕 우라늄 235는 빠른 중성자를 흡수하여 분열하며 이 때 빠른 중성자를 두 개 또는 세 개 방출한다.

우라늄 235가 적당한 양으로 존재하면 이 때 방출되는 중성자 중 적어도 한 개는 새로운 우라늄 235의 원자핵에 흡수되어 분열을 되풀이 한다.

이와 같은 방법으로 연쇄반응의 조건이 유지되고 핵분열 반응이 계속된다.

물론 연쇄반응의 조건은 물질계에 따라 다르다.

우라늄 235나 플루토늄 239가 일정량 굳어지면 연쇄반응이 진행된다.

이 양의 최소값을 임계량이라고 한다.

이 경우에 연쇄반응은 핵폭발이며 100만분의 수초(秒)에서 끝난다.

가벼운 원자핵을 원자핵 내의 쿨롱의 반발력보다 큰 에너지로 충돌시키면 융합하여 새로운 원자핵을 형성하고 에너지를 방출한다.

이 때 방출된 에너지로 기체를 고온상태로 유지할 수 있으므로 원자핵의 층돌이 진행되면 핵융합 연쇄반응이 실현된다.