羥化作用是一種向有機化合物分子中引入羥基（OH）的反應，這種反應可以製得醇類與酚類化合物，這兩種物質在精細化工中有廣泛的套用，例如用於生產合成樹脂、助劑、染料、農藥、表面活性劑、香料和食品添加劑等。
羥基是一種常見的極性基團，具有弱鹼性，可以與水形成氫鍵，也容易被多種氧化劑所氧化。在多官能團化合物的合成過程中，可能需要先保護羥基，再在適當的步驟中轉化它。羥化作用在生物體內和工業合成中都有重要作用。在生物體內，羥化作用參與藥物代謝、生物催化等過程，影響物質溶解度和藥物代謝等。在工業合成中，羥化作用可以通過還原、加成、取代、氧化、水解、縮合和重排等多種類型的化學反應來實現。
此外，羥化作用還涉及到維生素C的還原作用，能夠使體內的鐵螯合物從Fe³⁺變成Fe²⁺，發揮造血功能。還可以與體內的膽紅素結合成複合物排出體外，防止高膽紅素血症的情況。