抗原和對應抗體在一定條件下特異結合形成可逆性抗原-抗體複合物的過程。抗原-抗體是免疫球蛋白分子上的抗原結合簇與抗原分子上的抗原決定簇相互吸引、以及多種分子間的引力參與發生的。這種反應沒有化學鍵的形成。抗原-抗體反應的強度是以免疫球蛋白的Fab段與抗原決定簇之間平衡反應的結合強度（親和力）和整個免疫球蛋白分子與抗原之間反應的結合強度（親和和力）表示的。抗原-抗體復合物的溶解度取決於抗原-抗體的比例。由於抗原的物理性狀、抗體的特點、參與反應的介質和實驗條件的不同，抗原－抗體反應可分為凝集反應、沉淀反應、補體結合反應或嗜細胞反應等，這些反應已成為疾病診斷、病原微生物鑒定、流行病學調查以及科學研究工作廣泛應用的手段。
反應機制 抗體都是蛋白質（免病球蛋白）。多數抗原也是蛋白質，少數為多糖、類脂、核酸等物質。以水為分散媒的膠體中，在一定的酸堿度下，分散相分子中的極性基（如羧基、氨基、肽基等）發生電離而使膠體粒子帶電荷，同種粒子所帶電荷相同，彼此互相排斥。這些極性基團與水有很強的親和力，使膠體粒子外圍構成水層成為親水膠體，因而膠體粒子能均勻地分佈在溶液中。如果抗原－抗體發生特異性結合，就不能與周圍水分子結合，而構成憎水膠體。憎水膠體在溶液中的穩定性取決於膠體離子的表面電荷。若在溶液中加入一定量的電解質，則可中和膠體離子表面上的電荷，促使粒子相互吸引而出現凝集反應或沉淀反應等。此外，還有庫倫吸引力、范德瓦耳斯力、氫鍵結合作用、疏水相互作用等分子間引力參與和促進抗原-抗體反應。
反應規律 抗原與抗體反應具有高度的特異性。這一反應是分子表面的結合，雖然相當穩定，但因抗原－抗體本身未受到破壞，它們仍可分離，因此，反應是可逆的。此外，抗原分子與抗體分子的結合有一定的比例。一般來說，抗原是多價的，抗體是雙價的，因而一個抗體分子可結合兩個抗原分子，而一個抗原分子可結合多個抗體。所以，在比例適合時它們可形成高度交聯的抗原-抗體大分子復合物，沉淀下降。抗體過多或抗原過多，都不能形成高度交聯的抗原－抗體大分子復合物，不產生沉淀或沉淀很少。
抗原－抗體反應可分為兩個階段。第一階段為抗原與抗體的特異性結合階段。這一階段使親水系統變為憎水系統，反應很快，幾秒鐘至幾分鐘即可完成，但無可見反應。第二階段為抗原與抗體反應的可見階段，出現凝集、沉淀、補體結合等反應。這一階段的反應比較慢，需要幾分鐘至幾十分鐘，並受電解質、溫度、酸堿度等因素的影響。