Een substitutiereactie is een type chemische reactie waarbij een atoom of functionele groep van een molecuul wordt vervangen door een ander atoom of functionele groep.
Een substitutiereactie wordt ook een enkele verplaatsingsreactie, enkele vervangingsreactie of enkele substitutiereactie genoemd.
Voorbeelden: CH3Cl reageerde met een hydroxyion (OH-) zal CH produceren3OH en chloor. Deze substitutiereactie vervangt het chlooratoom op het oorspronkelijke molecuul door het hydroxy-ion.