Lisäreaktiossa kaksi reagenssiksi kutsuttua ainetta reagoivat keskenään muodostaen tuotteen. Lisäreaktiot erottuvat muista reaktiotyypeistä sivutuotteen puutteen vuoksi; Päätuote on ainoa reaktion tuottama aine. Näitä reaktioita käytetään yhdisteiden luomiseen, joita ei voida muodostaa millään muulla tavalla.
Lisäysreaktio on mahdollinen, kun yhdessä reagenssimolekyyleistä on kaksois- tai kolmoissidoksia. Vähentämällä sidoksen lujuutta yksinkertaiseksi tai kaksoissidokseksi, reaktio tekee tilaa molekyylirakenteessa toiselle sidokselle. Siten nämä kaksi molekyyliä yhdistyvät yhdeksi muodostaen uuden sidoksen tähän kohtaan.
Yksi tärkeä additioreaktio on Diels-Alder-reaktio, jota kutsutaan myös dieenisynteesiksi. Kaksi kemian professoria, Kurt Alder ja Otto Diels, kehittivät tämän synteesin vuonna 1928. Tämän prosessin löytäminen ansaitsi molemmille tiedemiehille yhteispalkinnon vuoden 1950 kemian Nobel -palkinnosta.
Alkuperäisen Diels-Alder-reaktion löytämisen jälkeen dieenisynteesin tutkimusta laajennettiin, mikä johti monien eri reaktioiden kehittymiseen samassa luokassa. Kaikki dieenisynteesireaktiot muodostavat molekyylejä, joiden rakenteissa on hiilirenkaita, mutta jotkut tähän luokkaan kuuluvat reaktiot, joita kutsutaan hetero-Diels-Alder-reaktioiksi, korvaavat muita atomeja renkaaseen. Esimerkiksi Aza Diels-Alder -reaktioissa additioreaktio muodostaa molekyylin, joka sisältää renkaan, joka koostuu viidestä hiiliatomista ja yhdestä typpiatomista. Oxo Diels-Leppä -reaktiot muodostavat hiilirenkaita, jotka sisältävät happiatomin.
Alkuperäinen Diels-Alderin lisäysreaktio yhdistää yhden molekyylin, jossa on neljä hiiliatomia, ja toisen molekyylin, jossa on kaksi hiiliatomia. Neljä hiiltä sisältävää molekyyliä kutsutaan dieeniksi, ja toista molekyyliä kutsutaan dienofiiliksi, koska sillä on taipumus reagoida dieenien kanssa. Jokainen dienofiilin hiiliatomi sitoutuu johonkin dieeniketjun päätyatomista. Tämä muodostaa kuuden hiilen renkaan.
Nämä reaktiot ovat tärkeitä, koska niiden avulla tutkijat voivat luoda laboratoriossa luonnollisia aineita, joita ei voitu aikaisemmin luoda. Esimerkiksi kamferi valmistetaan synteettisesti Diels-Alder-reaktiolla. Prosessia käytetään myös hartsien ja öljyjen valmistamiseen, jotka jäljittelevät eläinten ja kasvien luonnossa valmistamia tuotteita. Yleensä syntetisoidut aineet ovat melko stabiileja.