Trong các phản ứng hóa học, các liên kết hóa học bị phá vỡ và tái tạo, và các liên kết hóa học tồn tại trước đó chứa một lượng năng lượng lớn hơn các liên kết mới được tạo ra sẽ giải phóng năng lượng liên kết dư thừa của chúng. Khi năng lượng được giải phóng từ một phản ứng hóa học thông qua sự biến đổi của một liên kết hóa học cần ít năng lượng hơn, năng lượng được lưu trữ trong liên kết trước đó dưới dạng thế năng hóa học sẽ trở thành năng lượng tự do, chẳng hạn như nhiệt, khi nó thoát ra khỏi phản ứng. Việc phá vỡ và biến đổi các liên kết hóa học liên quan đến việc chuyển giao hoặc chia sẻ các electron giữa hai hoặc nhiều chất và cũng có thể yêu cầu năng lượng đầu vào cho phản ứng.
Sự giải phóng năng lượng có thể sinh ra từ một phản ứng hóa học thường được chuyển thành nhiệt. Loại phản ứng này được gọi là phản ứng tỏa nhiệt và là kết quả của sự giải phóng năng lượng ròng khi các liên kết hóa học bị phá vỡ và cải tổ. Mức độ tỏa nhiệt có thể cao đáng kể trong một phản ứng hóa học tỏa nhiệt, chẳng hạn như khi nhiên liệu hóa thạch bị oxy hóa. Việc giải phóng năng lượng cũng có thể ít được chú ý hơn ở cấp độ vĩ mô, chẳng hạn như khi các phản ứng sinh hóa diễn ra ở cấp độ tế bào và sự biến đổi của các liên kết hóa học nhằm cung cấp cho sinh vật sống năng lượng trao đổi chất cần thiết để duy trì sự sống.
Một phản ứng thu nhiệt là một phản ứng đòi hỏi nhiều năng lượng đầu tư vào nó hơn lượng mà nó sẽ giải phóng. Khi các liên kết hóa học mới đòi hỏi nhiều năng lượng hơn các liên kết đã tồn tại trước đó, thì sẽ có một phần năng lượng thu được thực sự tham gia vào quá trình biến đổi liên kết. Nếu phản ứng thu nhiệt xảy ra trong bình hoặc cốc trong phòng thí nghiệm, bình chứa các chất phản ứng sẽ bắt đầu cảm thấy lạnh khi chạm vào khi các liên kết hóa học đang định hình lại hút nhiệt từ môi trường xung quanh.
