Fotochemie is het deelgebied van de scheikunde dat zich bezighoudt met de invloed van licht op chemische reacties. Die invloed houdt in dat een foton zijn energie aan een of meer moleculen of atomen overdraagt. Deze energie kan dan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het verbreken van een of meer bindingen wat het begin van de reactie of de reactie zelf is. De energie kan ook worden gebruikt om de geometrie van het molecuul te veranderen, waardoor het molecuul ombuigt en veranderingen in grotere gehelen kan veroorzaken.
Het licht moet wel van een bepaalde frequentie, een bepaalde golflengte zijn om de reactie te starten. Een bekend voorbeeld van een fotochemische reactie is het rolletje in een fotocamera wanneer dat wordt belicht.
Bij sommige fotochemische reacties wordt de energie van het foton of een deel daarvan vastgelegd in de chemische energie van het fotoproduct. Dit is bijvoorbeeld het geval in de fotosynthese. Bij andere reacties wordt weliswaar geen energie vastgelegd, maar het foton helpt de reactie wel op gang. Deze processen worden fotokatalytisch genoemd.
Het licht wordt in de organische chemie ook toegepast om reacties te realiseren die bij afwezigheid van licht niet kunnen verlopen. Door het opnemen van lichtenergie worden elektronen in een hogere moleculaire baan geplaatst. Hierdoor komen andere reactiepaden en daarmee reactieproducten beschikbaar die via alleen thermische activering niet mogelijk zijn. De Woodward-Hoffmann-regels beschrijven de reactiemogelijkheden. De foto-elektrochemie is het onderdeel van de scheikunde op het grensvlak tussen de foto- en elektrochemie. Een foto-elektrochemische cel is een zonnecel.