Phản ứng thu năng lượng, hay còn gọi là phản ứng thu nhiệt, là quá trình hóa học hoặc vật lý mà trong đó hệ thống hấp thụ năng lượng từ môi trường xung quanh. Loại phản ứng này thường xảy ra khi cần thiết để phá vỡ các liên kết hóa học hiện có, khiến năng lượng phải được cung cấp từ bên ngoài dưới dạng nhiệt, ánh sáng hoặc điện. Điểm nổi bật của phản ứng thu năng lượng là nhiệt lượng sản phẩm cuối cùng nhỏ hơn tổng nhiệt lượng của các chất ban đầu, dẫn đến nhiệt độ của môi trường giảm xuống. Quá trình này trái ngược hoàn toàn với phản ứng tỏa năng lượng, vốn sinh ra nhiệt và làm tăng nhiệt độ môi trường.

Một ví dụ điển hình của phản ứng thu nhiệt là quá trình điện phân nước thành hydro và oxy. Để phá vỡ các phân tử nước, cần cung cấp một lượng năng lượng điện đáng kể. Nhiệt độ dung dịch có thể giảm nhẹ trong quá trình, phản ánh sự hấp thụ năng lượng. Tương tự, quá trình quang hợp ở thực vật cũng là một phản ứng thu năng lượng. Theo đó, thực vật hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa nước và carbon dioxide thành glucose và oxy – nguồn sống thiết yếu cho các sinh vật khác. Phản ứng thu nhiệt còn rất quan trọng trong công nghiệp như trong sản xuất ammonia bằng phương pháp Haber-Bosch hay bảo quản các sản phẩm dễ hỏng nhờ vào việc làm lạnh nhân tạo.

Xét về mặt sức khỏe con người, phản ứng thu năng lượng cũng ứng dụng trong việc giảm đau bằng chườm lạnh. Khi áp dụng nước đá lên vùng bị thương, nước đá hấp thụ nhiệt từ cơ thể và gây lạnh cục bộ, giúp giảm sưng tấy và cảm giác đau. Ngoài ra, phản ứng này cũng có ý nghĩa lớn trong xây dựng các hệ thống làm mát máy móc, bảo quản thực phẩm hoặc kiểm soát môi trường phòng thí nghiệm. Do đó, hiểu rõ bản chất và vận dụng hiệu quả các phản ứng thu năng lượng không chỉ góp phần phát triển khoa học kỹ thuật mà còn phục vụ nhiều lĩnh vực trong đời sống hàng ngày của con người.