希爾反應是指離體的葉綠體在光照條件下，分解水分子並釋放氧氣的同時，還原電子受體的過程。
這個反應是由英國科學家羅伯特·希爾在1937年發現的，因此得名希爾反應。在希爾反應中，葉綠體使用光能將水分子分解成氧氣、電子和質子。這些電子和質子隨後被用來還原電子受體，如NADP+、NAD+或苯醌等。希爾反應是光合作用中的一箇重要過程，它說明了氧氣來源是水分子的分解。此外，希爾反應也可以用來探究氧氣來源，例如使用氧化劑2,6-二氯酚靛酚(DCPIP/2,6-D)作爲電子受體，通過觀察顏色變化或分光光度計測定吸光度的變化來監測反應。