Reakcja endotermiczna – reakcja chemiczna, dla której bilans wymiany ciepła z otoczeniem jest ujemny, czyli jest to reakcja, która pochłania ciepło z otoczenia.
W konwencji termodynamicznej, w której bilans ciepła rozpatruje się tradycyjnie nie od strony otoczenia, tylko od strony samego układu, wynik cieplny reakcji endotermicznej jest zapisywany jako dodatni, gdyż pobierają ciepło, czyli zyskują energię, a zatem całkowita energia wewnętrzna układu wzrasta.
Odwrotnością reakcji endotermicznej jest reakcja egzotermiczna.