En substitutionsreaktion är en typ av kemisk reaktion där en atom eller en funktionell grupp av en molekyl ersätts av en annan atom eller funktionell grupp.
En substitutionsreaktion kallas också en enda förskjutningsreaktion, enstaka ersättningsreaktion eller en enda substitutionsreaktion.
Exempel: CH3Cl reagerade med en hydroxjonjon (OH-) kommer att producera CH3OH och klor. Denna substitutionsreaktion ersätter kloratom på den ursprungliga molekylen med hydroxjon.