Reaksi yang mengandung tiga partikel. Di atmosfer contoh reaksi termolecular adalah salah satu di mana sebuah molekul mengakuisisi kelebihan energi yang dilepaskan oleh reaksi sehingga produk-produk yang dibuat tidak mengubah kembali ke keadaan semula reaktan. Reaksi oksigen molekuler dengan oksigen atom (radikal) untuk menghasilkan ozon adalah contoh yang baik dari reaksi termolecular atmosfer penting. Di atmosfer tubuh ketiga ini adalah paling sering molekul nitrogen karena statistik ini adalah kemungkinan tabrakan berikutnya karena atmosfer N ₂ 78% berdasarkan volume di atmosfer bumi.