Dalam suatu tindak balas unimolekuler, suatu molekul tunggal menata ulang atom-atomnya sehingga membentuk molekul yang berbeza.[1] Tindak balas ini diilustrasikan melalui persamaan

A ⟶ P {\displaystyle {\ce {A -> P}}}

dan dijelaskan oleh hukum kelajuan pertama

d [ A ] d t = − k r [ A ]   , {\displaystyle {\frac {d\left[{\ce {A}}\right]}{dt}}=-k_{r}\left[{\ce {A}}\right]\ ,}

di mana [A] ialah konsentrasi spesies A, t ialah waktu, dan kr merupakan pemalar kelajuan tindak balas.

Seperti dapat disimpulkan dari persamaan hukum laju, jumlah molekul A yang meluruh sebanding dengan jumlah molekul A yang ada. Contoh Tindak balas unimolekuler, adalah isomerisasi siklopropana menjadi propena:

Tindak balas unimolekuler dapat dijelaskan oleh mekanisme Lindemann-Hinshelwood