双分子反应，元反应类型之一，其特点是在决定反应速率的步骤中，涉及两个反应物分子间的变化。

例如，在亲核取代反应过程中,中心碳原子与离去基团L:相连的键断裂,而亲核试剂 Nu：与中心碳原子构成了新键,在这一步反应中，亲核试剂从离去基团的背面进攻中心碳原子，当亲核试剂逐渐与中心碳原子接近而构成新键的同时，离去基团被逐渐推出中心碳原子而使原有的键断裂，二者是协同进行的。 Nu:+RL─→【Nu…R…L】─→Nu-R+:L

由于有两个反应物分子参与了过渡态的形成，反应速率既取决于RL，也取决于Nu，所以将按这种过程进行的反应称为双分子亲核取代反应SN2（S代表取代,N代表亲核，2代表双分子）。在SN2反应中亲核试剂是从离去基团的背面进攻中心碳原子，因而会引起手性碳原子的构型转化：

随着反应的进行,碳原子由sp杂化变成sp杂化,碳原子上p轨道分别与亲核试剂和离去基团的电子云重叠,然后碳原子由sp杂化变成sp杂化，同时发生构型转化：

双分子反应的反应速率 (r)与反应物的浓度和亲核试剂的浓度成正比： r=k【RL】【Nu】

式中k为反应速率常数。例如,一级卤代烃在极性较小的溶剂（如丙酮）中的碱性水解： NaOH+CH3Cl─→CH3OH+NaCl

r=k1【CH3Cl】【NaOH】

在双分子亲核取代反应中，反应物不倾向于离解成正碳离子中间体，这是结构因素和反应条件所决定的。溶剂的极性不够强时，亲核试剂易于接近碳而形成过渡态。

在消除反应中，在试剂进攻 β碳原子上的氢原子的同时，离去基团带着一对电子离去，在两个碳原子之间生成烯键，例如：

β位的H-C键和α 位的C-Br键的断裂与双键的生成是协同进行的。在决定反应速率步骤中有反应物分子和试剂参加，因此称为双分子消除反应E2（E代表消除，2代表双分子）。E2反应为一步反应，其速率与反应物的浓度和试剂的浓度成正比： r=k【CH3CH2Br】【C2H5O】

在E2反应中，试剂还可以进攻 α碳原子，生成取代产物。因此E2和SN2反应常同时发生，二者相互竞争。