Бимолекулярные реакции, химические реакции, в элементарном акте которых участвуют две частицы, например:

  NOI + NOI ®2NO + I₂

  Бимолекулярные реакции — наиболее распространённый класс химических реакций. К ним относятся как простые (одностадийные) реакции между двумя молекулами (в приведённом примере), так и большинство элементарных реакций, являющихся составной частью сложных реакций. В случае сложных реакций в бимолекулярные реакции могут вступать наряду с молекулами также атомы, радикалы и ионы, например CH₃ + CH₃ = C₂H₆ (рекомбинация свободных радикалов). Скорость бимолекулярной реакции, выражаемая числом элементарных актов реакции за единицу времени в единице объёма, будет тем больше, чем чаще сталкиваются между собой частицы исходных веществ (в первом примере — молекулы NOI). Частота столкновений между частицами пропорциональна произведению их концентраций. Поэтому и скорость бимолекулярной реакции пропорциональна произведению концентраций частиц, вступающих в реакцию (см. Действующих масс закон). Например, для реакции NOI + NOI ® 2NO + I₂ скорость r связана с концентрациями исходных веществ C_NOI уравнением:

  r = kc_NOIc_NOI = kc²_NOI,

  где k — константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих частиц. Для большинства реакций она быстро увеличивается с ростом температуры (см. Кинетика химическая и Энергия активации).