Phản ứng thu nhiệt là những phản ứng kèm theo sự hấp thụ nhiệt. Kết quả của phản ứng thu nhiệt là nhiệt được giải phóng và do phản ứng tỏa nhiệt là nhiệt được hấp thụ.
Phản ứng thu nhiệt là nhiều phản ứng hóa học xảy ra khi nhiệt độ giảm hoặc khi hệ thống nguội đi. Ví dụ, khi hòa tan muối hydrat kết tinh trong nước, nhiệt được giải phóng, gọi là nhiệt của dung dịch. Khi muối kết tinh hòa tan trong nước, một lượng nhiệt lớn được giải phóng nên trong điều kiện tự nhiên, nước có nhiệt độ sôi cao.