Е́кзотермі́чна реа́кція — хімічна або ядерна реакція, яка супроводжується виділенням тепла (наприклад, горіння). Протилежний термін — ендотермічна реакція.
Кількісно характеризується теплотою реакції або зміною ентальпії яка для екзотермічних реакцій від'ємна.