生物正交反应一般包含两个组分的化学分子，称为生物正交反应对，在生理条件下，该反应对既能够相互发生化学反应，又对生物体系中周围的分子保持惰性。

生物正交反应的概念由美国化学家C.R.贝尔托齐^[注]在2003年首次提出。在此之后，一系列更为快速高效的生物正交反应得到开发，丰富了生物体系中生物大分子如蛋白质、糖、核酸、酯的连接和修饰方法，在生物大分子功能研究和富集鉴定中起到了关键的作用。另外，具有生物正交性的断键反应也逐步得到发展，丰富了生物正交反应家族的内涵。

一个化学反应称为生物正交反应，需要满足以下6个条件和准则：①选择性。反应必须能够选择性地区分反应的官能团，不与生物体内源的官能团发生副反应。②生物惰性。反应产物不能对天然体系内的化学功能造成任何干扰。③化学惰性。反应产物的化学结构必须稳定，不能被生理环境或过程所破坏。④反应动力学。反应速率必须足够快速，以避免反应原料在还没反应之前就被生物体代谢或者清除，更快的反应速率也有助于精确地追踪生物体内的动态过程。⑤生物相容性。反应能够在生理条件下（即常温、中性pH、水相缓冲液）进行。⑥可操作性。含有生物正交反应官能团的探针能够通过代谢标记或蛋白质工程的方法被引入生物体系作为反应把手，一般而言，官能团需要足够小。

现有的具有代表性的生物正交反应有以下6个：①施陶丁格（Staudinger）连接反应。是对传统的施陶丁格反应的改进，带有亲电基团的三苯基膦与叠氮官能团发生反应，形成连接产物。②铜催化的叠氮-炔环加成反应（CuAAC）。以一价铜为催化剂，在叠氮官能团与炔基之间发生快速的[3+2]环加成反应，是在化学生物学富集体系中最常用的反应，但是由于一价铜的毒性，限制了在许多细胞内体系的应用。③无铜催化的叠氮-炔环加成反应。又称环张力促进的叠氮-炔环加成反应，在叠氮官能团与环辛炔衍生物之间发生的环加成反应；④其他1,3-偶极子的环加成反应。如硝酮与环辛炔或者氧化腈和降冰片烯之间的反应。⑤逆电子需求的狄尔斯-阿尔德环加成反应（invDA）。是发生在四嗪与反式环辛烯或者其他环张力的烯烃之间的环加成反应，是反应速率最快的一类生物正交反应。⑥四唑的光点击化学反应。是在光催化下发生的四唑与端烯进行的1,3-偶极子机理的环加成反应。这些生物正交反应的速率差异较大，其反应速率常数范围在10^-3～10⁵升/（摩·秒）数量级，由于其反应速率、官能团的大小、合成难度的差异，其应用场景也各不相同。