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抗原抗体反应（antigen-antibody reaction）是一种特异性结合反应，基于抗原表位（抗原决定簇）与抗体超变区分子间的结构互补性与亲和性。抗原抗体除了在分子构型高度互补外，抗原表位与抗体超变区必须紧密接触。
抗原抗体反应既可发生于体内，也可发生于体外。体内所发生的抗原抗体反应是体液免疫应答的效应作用，其结果表现为溶菌、杀菌、中和毒素、促进细胞吞噬等作用，有时也可导致免疫病理损伤；体外发生的抗原抗体反应常常作为免疫学实验的结果出现。根据抗原的物理性状（可溶性或颗粒性）、抗体的类型及反应的条件（电解质、补体、固相载体等）的不同，可以有沉淀反应、凝集反应和溶血反应等。
抗原抗体反应虽然是抗原表位和抗体分子超变区之间互补性的相互结合，但这种结合不是牢固的共价键，而是通过一种分子表面的、特异的、可逆的、非共价键的结合。
抗原抗体之间的结合力包括静电引力、范徳华引力、氢键和疏水作用力（图4-10）。
图4-10 抗原抗体结合力示意图
静电引力（electrostatic forces）是指抗原和抗体上带有相反电荷的氨基和羧基基团之间的相互吸引力，又称库伦引力（Coulombic forces）。例如，一方分子上带有碱性氨基酸的游离氨基（—NH3 + ）和酸性氨基酸的游离羧基（—COO—）可与另一方带有相反电荷的对应基团相互吸引，促进抗原抗体的结合。这种引力的大小与两个电荷间的距离的平方成反比，也就是说，两个电荷距离越近，静电引力越强。
范徳华引力（van der Waals interactions）是指原子与原子、分子与分子相互接近时分子极化作用发生的一种吸引力。这种引力的大小与两个相互作用基团的极化程度的乘积成正比，与它们之间距离的七次方成反比。抗原与抗体分子空间构型的互补是范徳华引力能否发挥最大限度作用的关键。如抗原与抗体的活性部位的相互作用即可产生最强的范徳华引力。范德华引力的能量小于静电引力。
氢键（hydrogen bond）是供氢体上的氢原子与电负性大的原子如氮、氧等相互作用而形成的引力。当含有亲水基团（如—OH、—NH 2 及—COOH）的抗体与相对应的抗原彼此接近时，它们之间形成的氢键桥梁可促进抗原抗体结合。氢键结合力强于范德华引力。另外，氢键的结合需要供氢体和受氢体的互补才能实现，因此氢键的结合使得抗原抗体结合更具有特异性。
疏水作用力（hydrophobic interactions）是指在水溶液中两个疏水基团之间相互接触，由于对水分子排斥作用所形成趋向聚集的力。在抗原抗体反应的过程中，当抗原表位与抗体结合位点相互接近时，它们之间正、负极性消失，由静电引力形成的亲水层也立即失去，从而排斥两者间的水分子，促进抗原与抗体相互吸引而结合。疏水作用力是抗原抗体结合力中最强的作用力（图4-10）。
抗体的亲和力和亲合力的概念和定义前面已经提及。亲和力通常用平衡常数K来表示：K=K1/K2，K1表示结合常数；K2表示解离常数。K值越大，亲和力越高，与抗原结合就越牢固。亲合力不仅与亲和力有关，还与抗体的结合价相关。即所谓多价优势，如IgG为2价，亲合力是单价的10 3 倍，IgM为5～10价，亲合力是单价的10 7 倍（图4-11）。由于抗原抗体的结合反应为可逆的、非共价结合，它们空间构型的互补程度不同，结合力强弱也有差别，互补程度越高，亲合力越高，与抗原结合更牢固，不易解离，反之就容易解离。
图4-11 抗原抗体亲合力示意图
由于抗体和大多数抗原都同属蛋白质，因而在通常的血清学反应条件下，抗原与抗体均带有负电荷，极化的水分子能够在它们周围形成水化层，使它们成为亲水胶体，因此抗原或抗体不会发生自行凝集或沉淀。当形成抗原抗体复合物后，抗原抗体表面电荷减少，水化层变薄，失去亲水性能，使复合物变为疏水胶体。此时，在一定浓度电解质的作用下，中和胶体粒子表面的电荷，使各疏水胶体之间进一步靠拢，就形成可见的抗原抗体复合物。
抗原抗体反应的特点包括：特异性、可逆性、比例性和阶段性。
特异性（specificity）指抗原抗体反应的专一性，由抗原表位与抗体分子高变区之间空间构型的互补性所决定。抗体分子VH和VL上各自具有三个高变区，所形成的沟槽决定了抗体的特异性。只有与其空间结构完全互补的抗原表位才能如楔状嵌入，构成了抗原抗体反应的高度特异性。例如白喉抗毒素只能与相应的外毒素结合，而不能与破伤风外毒素结合。现在，人们利用抗原抗体反应高度特异性的这一特点，可用已知的抗原（或抗体）来检测相应未知的抗体（或抗原）。
一般情况下，天然抗原分子含有多个抗原表位，可刺激机体产生多种特异性抗体。若两种不同的抗原分子具有相同或相似的抗原表位时，则可与相应的抗体发生交叉反应（cross reaction）（图4-12）。交叉反应可影响血清学诊断的准确性。采用单克隆抗体进行检测是克服交叉反应的有效方法之一。另外，临床检验中也可利用交叉反应来进行诊断，例如变形杆菌与立克次体之间有相同的抗原表位，故利用变形杆菌代替立克次体抗原与怀疑斑疹伤寒患者的血清做凝集试验，用于协助斑疹伤寒病的诊断，此试验称为外-斐（Wei1-Felix）试验。
图4-12 交叉反应示意图
比例性（proportionality）是指抗原与抗体出现可见反应需要遵循一定的抗原抗体量比关系，只有当两者浓度比例合适时，才能形成较大的抗原抗体复合物。以沉淀反应为例，若在含有一定量抗体的一组试管中再依次加入递增浓度的相应可溶性抗原，根据所形成的沉淀物及抗原抗体的比例关系可绘制出反应曲线（图4-13）。图中曲线的高峰部分是抗原与抗体分子比例合适的区间，称为抗原抗体反应的等价带（equivalence zone）。在此区间内，抗原抗体充分结合，沉淀物形成速度快且量多。通常情况下，沉淀物形成最多，抗原抗体几乎全部结合成复合物，反应体系中几乎没有游离的抗原或抗体，表明这是抗原抗体反应的最适比。在等价带的前后，可见反应的速度和沉淀物的量都会迅速下降，上清液中仅测出游离的抗原或抗体。因抗原抗体比例不合适而不出现可见反应，这种现象称带现象（zone phenomenon）。当抗体过量时称为前带（prozone）；抗原过量时称为后带（postzone）。1934年，Marrack提出的网格学说可以解释抗原抗体反应比例性的原因，目前该学说已得到电子显微镜观察的有力支持。该学说认为，由于天然抗原大多是多价的，抗体多为二价的，当抗原与抗体在等价带结合时，抗体分子的两个Fab段分别与两个抗原表位结合，相互交叉连接成具有立体结构的网格状复合物，从而形成肉眼可见的沉淀物。当抗原或抗体过量时，由于过量方的结合得不到饱和，因而只能形成小网格复合物，并存在较多游离的抗原或抗体。
图4-13 抗原抗体反应的比例性
应用免疫学技术检测抗原或抗体时，由于带现象的干扰，可导致假阴性结果。因此，确定反应体系中抗原抗体的比例关系十分重要。
可逆性（reversibility）是指抗原与抗体结合形成复合物后，在一定条件下，可发生解离，恢复抗原、抗体的游离状态。由于抗原抗体反应是非共价键结合，所形成的复合物并不牢固，在一定的条件下（如低pH、高浓度盐等），使抗原抗体分子间的静电引力消失而导致解离，所以抗原抗体结合形成抗原抗体复合物的过程是一个动态平衡过程。
抗原抗体复合物解离取决于两方面的因素：一是抗体与相应抗原之间的亲合力；二是环境因素对复合物的影响。亲合力高的抗体与抗原表位在空间构型上非常适合，两者结合牢固，不容易解离；反之，亲合力低的抗体与抗原形成的复合物较易解离。环境因素变化，如pH过高或过低，离子强度的增加均使抗原抗体的结合力下降，促使抗原抗体复合物的解离。解离后，抗原或抗体的生物活性没有改变，如毒素-抗毒素的复合物解离后，毒素仍保持有毒性。免疫学技术中的亲和层析法就是利用抗原抗体反应可逆性的这一特点，通过改变溶液的pH和离子强度促使抗原抗体复合物解离，从而纯化抗原或抗体。
抗原抗体反应可分为两个阶段：第一阶段为抗原与抗体发生特异结合，其特点是反应快，此阶段仅需数秒至数分钟，但并不出现可见的反应；第二阶段为可见反应阶段，其特点是反应较慢，往往需要数分钟至数小时，这一阶段抗原抗体复合物在适当的电解质、pH、温度和补体等的参与下，进一步交联聚集，出现凝集、沉淀、溶解和补体结合介导的生物现象等肉眼可见的反应。这两个阶段不能严格划分，所需的时间也受多种因素影响，如电解质、温度和酸碱度等因素的影响。