Fotokimya (yun. phos – işıq və ər. əlkimya) kimyanın işıq enerjisi və ya ultrabənövşəyi şüaların təsiri altında baş verən kimyəvi reaksiyaların və maddələrin dəyişməsinin öyrənilməsi ilə məşğul olan bir sahəsidir. Sadəcə işıq təsiri deyil, daha geniş mənada elektromaqnit şüalanmasının (məsələn, görünən işıq, ultrabənövşəyi və infraqırmızı şüalar) maddələr üzərindəki təsiri nəticəsində baş verən kimyəvi proseslər fotokimyanın tədqiqat predmetini əhatə edir.
Fotokimyəvi reaksiyaların baş verməsi üçün maddənin işıq kvantlarını (fotonları) udması vacibdir. Bu udma nəticəsində molekulun elektronları daha yüksək enerji səviyyəsinə keçir və bu da kimyəvi bağların qırılmasına, yenilərinin yaranmasına və nəticədə maddənin kimyəvi tərkibinin və ya strukturunun dəyişməsinə səbəb olur. Bu proseslər çox müxtəlif ola bilər: molekulların parçalanması (fotoliz), izomerləşməsi, oksidləşmə-reduksiya reaksiyaları və s.
Fotokimya çox geniş tətbiq sahələrinə malikdir. Məsələn, fotosintez bitkilərin işıq enerjisindən istifadə edərək üzvi maddələri sintez etmə prosesi fotokimyəvi bir reaksiyadır və Yer kürəsində həyat üçün əsasdır. Bundan əlavə, fotokimya fotoqrafiya, tibb (fototerapiya), əczaçılıq (dərmanların sintezi), ətraf mühitin mühafizəsi (havada olan çirkləndiricilərin fotokimyəvi parçalanması) və bir çox digər sahələrdə geniş istifadə olunur.
Fotokimyanın maraqlı tərəflərindən biri də onun çox qısa müddətdə baş verən reaksiyaları öyrənmək imkanıdır. Belə reaksiyaların öyrənilməsi üçün xüsusi lazer texnologiyaları və spektroskopik üsullar tətbiq olunur. Bu texnologiyalar sayəsində elmi araşdırmalar daha dəqiq və ətraflı aparıla bilir, yeni fotokimyəvi reaksiyalar aşkar edilir və bu reaksiyaların mexanizmləri daha aydınlaşdırılır.