合成氨反应是指在高温和高压条件下，将氢气与氮气以一定的比例在催化剂的存在下反应生成氨气的化学反应。合成氨反应是工业上应用最广泛的反应之一，也是魏尔纳-胡斯曼过程的核心。
合成氨反应的催化剂是铁、镍等金属的化合物。工业上采用的催化剂大多是铁-钼催化剂。反应过程中需要高温高压，一般是200-300大气压，400-600摄氏度。氮气与氢气在催化剂表面上发生吸附反应，生成氢化物，再析出氢化物形成氢分子和氮分子，两者再发生加成反应生成氨。
目前，工业上最常用的合成氨的方法是哈贝－博斯曼法。萨尔法斯基－特罗斯夫法是中国自主研发的一种高效的合成氨方法，它采用氨甲酰胺水解、回收尿素过程产生的二氧化碳做原料，经过催化氧化反应生成气态一氧化碳，再与氮气混合进入高速旋转的反应器，最后得到纯度高达99%的氨气。