C'est dans le réacteur que se produit la réaction chimique. Le réacteur peut être continu, entrée des réactifs et soutirage simultané des produits ; ce type de réacteur convient bien à la chimie lourde. La chimie fine fait plutôt appel à des réacteurs discontinus : les réactifs sont chargés, la cuve est en général agitée et la température du milieu réactionnel est maîtrisée. En effet, un fluide thermique circule dans une enveloppe extérieure à la cuve ou dans un serpentin à l'intérieur de la cuve, ce fluide échange de la chaleur avec le milieu réactionnel.

Dans un réacteur, il est important de connaître le type d'écoulement (déterminé à l'aide de Détermination de Temps de Séjour en continu et de temps de mélange en discontinu) et la cinétique de la réaction.