유기 분자로부터 수소가 이탈하는 반응을 말한다. 수소이탈반응이라고도 한다. 산화 반응의 일종으로, 수소 첨가의 역반응이라고 할 수 있다. 이 중에서 가장 중요한 반응은 지방고리 모양인 유도체를 같은 수인 원자로 이루어진 방향고리를 가지는 화합물로 변화시키는 방향족화 반응으로 보고 있다. 또, 이소프로필알코올 등의 제 2알코올로부터 아세톤 등의 케톤을 만드는 반응도 비교적 중요시된다. 일반적으로 탄소-탄소 포화결합에 붙어 있는 수소의 탈수소에는 황, 셀렌 등의 홑원소 물질이나 팔라듐, 백금 등의 탈수소 촉매를 사용 할 수 있다. 다만, 시클로헥산, 시클로헥센 등 방향족화가 가능한 물질인 경우에는 중간인 시클로헥사디엔의 단계에서 멈추기가 어려우며 방향족 화합물인 벤젠까지 진행하고 만다. 탈수소 반응은 공업에서 중요하며 에탄, 부탄 등에서 에틸렌 프로필렌, 부텐 등 올레핀을 제조하는 공정이나, 에틸벤젠에서 스타이렌을 제조하는 공정 등에 응용되고 있다. 한편 생체 내에서 이루어지는 산화환원반응도 산소와 기질 사이에 수소를 주고받는 일이 따른 예가 많으며, 가역적인 수소화와 탈수소 반응의 조합으로 생각되고 있다.