氣體混合物中溶質組分與吸收劑中的活性組分之間發生化學反應的吸收操作。化學吸收的歷程是：①氣相中的溶質組分向氣液介面傳遞；②溶質在介面上溶解；③溶質從介面向液相傳遞，並與液相中的活性組分發生反應。若反應速度很快，活性組分在液相中的擴散速率足夠高，則溶質組分與活性組分在介面附近就完成反應。在此情況下，過程速率取決於起反應的兩組分的擴散速率，增加相際接觸面積可以強化吸收操作。若化學反應速度很慢，反應區延伸到整個液相，則過程速率由反應控制，必須增大設備的持液量，方方能使過程得到強化。工業中采用的化學吸收通常指前一種情況。
與物理吸收相比，化學吸收的優點是：①化學反應將溶質組分轉化為另一種物質，提高瞭吸收劑對溶質的吸收能力，可減少吸收劑用量。②化學反應降低瞭吸收劑中遊離態溶質的濃度，增大瞭傳質推動力，可提高氣體的凈化程度。③化學反應改變瞭液相中溶質的濃度分佈，因而可減小液相傳質阻力，提高液相的傳質分系數。因此，化學吸收的傳質速率高，所需設備尺寸小。④化學反應具有的高度選擇性，使吸收操作的選擇性大為提高，能得到高純度的解吸氣體。雖然，化學吸收的不可逆程度較高，解吸比較困難，解吸所需要的能耗一般比物理吸收大，有時卻不得不使用化學方法。
化學吸收在工業上的應用很廣泛。既用於氣體的分離或凈化，如用碳酸鉀(K2CO3)水溶液吸收二氧化碳，用醇胺溶液吸收硫化氫等；也用於直接生產化工產品，如用水吸收氮的氧化物制造硝酸等。對於以分離或凈化氣體為目的的化學吸收，適用的化學反應需滿足的條件為：①具有可逆性，以便於吸收劑的再生和循環使用；②具有較高的反應速率，以發揮出化學吸收操作的優點。由於化學吸收有很多優點，不少研究者正在努力開發和篩選新的吸收劑，化學吸收的工業應用必將取得更大的進展。