Een ontledingsreactie is een chemische reactie waarbij één beginstof, die een verbinding is, uiteenvalt in twee of meer nieuwe, eenvoudigere stoffen. Dit proces wordt ook wel decompositie genoemd. De eenvoudigere stoffen die ontstaan, kunnen elementen zijn, maar het kunnen ook andere verbindingen zijn. Het cruciale kenmerk van een ontledingsreactie is dat je begint met één complexe stof en eindigt met meerdere, minder complexe stoffen.
Een bekend voorbeeld is de ontleding van calciumcarbonaat (CaCO3), dat ook wel kalksteen wordt genoemd. Wanneer calciumcarbonaat sterk wordt verhit, ontleedt het in calciumoxide (CaO) en koolstofdioxide (CO2). De reactievergelijking hiervoor is:
CaCO3(s)verhittingCaO(s)+CO2(g)
In dit voorbeeld zijn calciumoxide en koolstofdioxide zelf ook verbindingen en geen elementen. Toch is dit een ontledingsreactie, omdat de ene beginstof (CaCO3) uiteenvalt in twee eenvoudigere stoffen (CaO en CO2). Dit illustreert dat de producten van een ontledingsreactie niet altijd elementen hoeven te zijn.