Ένα χημικό ρολόι είναι ένα σενάριο όπου οι χημικές ενώσεις που αντιδρούν επιφέρουν ένα ξαφνικό, παρατηρήσιμο γεγονός μετά από μια χρονική καθυστέρηση που μπορεί να ρυθμιστεί σχετικά με ακρίβεια ρυθμίζοντας τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων. Συχνά το συμβάν υποδηλώνεται από μια αλλαγή στο χρώμα, αλλά μπορεί να πάρει κάποια άλλη μορφή, όπως η παραγωγή αερίου που προκαλεί αναβρασμό. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αλλαγή είναι κυκλική και περιλαμβάνει μια λύση που εναλλάσσεται περιοδικά μεταξύ δύο ή περισσότερων καταστάσεων, που συνήθως υποδεικνύονται με διαφορετικά χρώματα.
Ένα από τα πιο απλά χημικά ρολόγια είναι γνωστό ως αντίδραση «ρολόι ιωδίου». Δύο άχρωμα διαλύματα αναμειγνύονται και μετά από μια παύση, το διάλυμα που προκύπτει γίνεται απότομα σκούρο μπλε. Στην πιο κοινή εκδοχή του πειράματος, το ένα διάλυμα περιέχει ένα αραιό μείγμα θειικού οξέος και υπεροξειδίου του υδρογόνου και το άλλο ένα μείγμα ιωδιούχου καλίου, αμύλου και θειοθειικού νατρίου. Κατά την ανάμιξη των διαλυμάτων, απελευθερώνεται στοιχειακό ιώδιο από το ιωδιούχο κάλιο, αλλά μια ταχύτερη αντίδραση μεταξύ του ιωδίου και του θειοθειικού νατρίου το μετατρέπει ξανά σε άχρωμα ιόντα ιωδίου. Όταν όλο το θειοθειικό έχει εξαντληθεί, το ιώδιο είναι σε θέση να αντιδράσει με το άμυλο για να παράγει μια σκούρα μπλε ένωση.
Οι κυκλικές, ή ταλαντευόμενες, χημικές αντιδράσεις ρολογιού είναι ιδιαίτερα συναρπαστικές. Κανονικά, μια χημική αντίδραση προχωρά προς μία κατεύθυνση μέχρι να επιτευχθεί ένα σημείο ισορροπίας. Μετά από αυτό, δεν θα υπάρξει περαιτέρω αλλαγή χωρίς την παρέμβαση κάποιου άλλου παράγοντα, όπως η αλλαγή της θερμοκρασίας. Οι ταλαντευόμενες αντιδράσεις ήταν αρχικά μπερδεμένες καθώς φαινόταν να αψηφούν αυτόν τον κανόνα απομακρύνοντας αυθόρμητα από την ισορροπία και επιστρέφοντας εκεί επανειλημμένα. Στην πραγματικότητα, η συνολική αντίδραση προχωρά προς την ισορροπία και παραμένει εκεί, αλλά στη διαδικασία, η συγκέντρωση ενός ή περισσότερων αντιδρώντων ή ενδιάμεσων προϊόντων ποικίλλει με κυκλικό τρόπο.
Σε ένα εξιδανικευμένο ταλαντούμενο χημικό ρολόι, υπάρχει μια αντίδραση που δημιουργεί ένα προϊόν και μια άλλη αντίδραση που χρησιμοποιεί αυτό το προϊόν, με τη συγκέντρωση του προϊόντος να καθορίζει ποια αντίδραση λαμβάνει χώρα. Όταν η συγκέντρωση είναι χαμηλή, λαμβάνει χώρα η πρώτη αντίδραση, δημιουργώντας περισσότερο από το προϊόν. Μια αύξηση στη συγκέντρωση του προϊόντος, ωστόσο, πυροδοτεί τη δεύτερη αντίδραση, μειώνοντας τη συγκέντρωση και προτρέποντας να λάβει χώρα η πρώτη αντίδραση. Αυτό οδηγεί σε έναν κύκλο όπου οι δύο ανταγωνιστικές αντιδράσεις καθορίζουν τη συγκέντρωση ενός προϊόντος, το οποίο με τη σειρά του καθορίζει ποια αντίδραση θα λάβει χώρα. Μετά από αρκετούς κύκλους, το μείγμα θα φτάσει σε ισορροπία και οι αντιδράσεις θα σταματήσουν.
Ένα από τα πρώτα κυκλικά χημικά ρολόγια παρατηρήθηκε από τον William C. Bray το 1921. Περιλάμβανε την αντίδραση υπεροξειδίου του υδρογόνου και ενός ιωδικού άλατος. Η έρευνα από τον Bray και τον μαθητή του Hermann Liebhafsky έδειξε ότι η αναγωγή του ιωδίου σε ιώδιο, με παραγωγή οξυγόνου, και η οξείδωση του ιωδίου πίσω σε ιωδικό έλαβαν χώρα με περιοδικό τρόπο με κυκλικές κορυφές στην παραγωγή οξυγόνου και τη συγκέντρωση ιωδίου. Αυτό έγινε γνωστό ως αντίδραση Bray-Liebhafsky.
Στις δεκαετίες του 1950 και του 1960, οι βιοφυσικοί Boris P. Belousov και, αργότερα, ο Anatol M. Zhabotinsky ερεύνησαν μια άλλη κυκλική αντίδραση που περιελάμβανε την περιοδική οξείδωση και αναγωγή ενός άλατος δημητρίου, με αποτέλεσμα ταλαντευόμενες αλλαγές χρώματος. Εάν η αντίδραση Belousov-Zhabotinsky, ή BZ, εκτελεστεί χρησιμοποιώντας ένα λεπτό στρώμα του χημικού μείγματος, παρατηρείται ένα αξιοσημείωτο αποτέλεσμα, με μικρές τοπικές διακυμάνσεις στις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων που οδηγούν στην εμφάνιση πολύπλοκων σχεδίων σπειρών και ομόκεντρων κύκλων. Οι χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα είναι πολύ περίπλοκες και περιλαμβάνουν έως και 18 διακριτές αντιδράσεις.
Οι δάσκαλοι επιστήμης Thomas S. Briggs και Warren C. Rauscsher, χρησιμοποιώντας τις παραπάνω αντιδράσεις ως βάση, δημιούργησαν ένα ενδιαφέρον τρίχρωμο ταλαντούμενο χημικό ρολόι το 1972. Η αντίδραση Briggs-Rauscher περιλαμβάνει μια λύση που περιοδικά αλλάζει από άχρωμο σε ανοιχτό καφέ σε σκούρο μπλε. Εάν ρυθμιστεί προσεκτικά, μπορεί να υπάρξουν 10-15 κύκλοι προτού εδράσει σε ισορροπία σε σκούρο μπλε χρώμα.
Ένα ασυνήθιστο χημικό ρολόι που περιλαμβάνει αλλαγές στο σχήμα και όχι στο χρώμα είναι η καρδιακή αντίδραση του υδραργύρου. Μια σταγόνα υδραργύρου προστίθεται σε διάλυμα διχρωμικού καλίου σε θειικό οξύ και στη συνέχεια τοποθετείται ένα σιδερένιο καρφί κοντά στον υδράργυρο. Μια μεμβράνη θειικού υδραργύρου I σχηματίζεται πάνω στη σταγόνα, μειώνοντας την επιφανειακή τάση και αναγκάζοντας την να απλωθεί και να αγγίξει το σιδερένιο καρφί. Όταν συμβεί αυτό, τα ηλεκτρόνια από το νύχι μειώνουν τον θειικό υδράργυρο σε υδράργυρο, αποκαθιστώντας την επιφανειακή τάση και προκαλώντας τη συστολή της σταγόνας ξανά, χάνοντας την επαφή με το νύχι. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές, με αποτέλεσμα μια κυκλική αλλαγή του σχήματος.
Οι χημικές αντιδράσεις ρολογιού είναι ένας τομέας συνεχούς έρευνας. Ιδιαίτερα οι κυκλικές ή ταλαντευόμενες αντιδράσεις παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον στη μελέτη της χημικής κινητικής και των αυτοοργανωτικών συστημάτων. Έχει εικαστεί ότι αντιδράσεις αυτού του τύπου μπορεί να εμπλέκονται στην προέλευση της ζωής.