工业氨合成的化学反应方程式为
N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)（可逆反应）。
氨合成的化学反应的特点是：可逆放热反应，反应后体积缩小。必须在有催化剂存在下，才具有实际工业生产意义。一般使用铁催化剂，并以氧化铝、氧化钾为促进剂，一氧化碳、二氧化碳、氧、水蒸汽都能使催化剂暂时中毐。硫化物能使催化剂永久中毒。
反应压力、温度、气体组成等对化学反应平衡及反应速度都有密切关系。由于合成氨的转化率不高，大约10〜16%之间，未反应的氢氮原料气必须循环使用。
氨合成的工艺条件
1.压强，提高压力可以有利于提高平衡氨的尝试，又有利于提高反应速度。
2.温度，由于合成氨是可逆放热反应，与S02催化氧化一样有一个最佳反应温度线，为了使反应始终保持在较高反应速度下进行。必须使实际反应温度尽量控制在最合适的温度下。
3.空间速度，空间速度是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量。空间速度越大，接触时间越短，反应后气体中氨浓度降低，但是由于空速越大，通过合成塔催化剂的气体量加大，氨的产量却是增加的，但压缩功耗增大，塔阻力增加，氨分离时冷量消耗加大等，空速大小应根据能耗、产量等技术经济指标维持一个适宜值。
4.气体组成，按反应的化学比H2/N2=3,但为了提高反应速度，实际生产中，希望氮过量些，H2c/N2=2.8左右。惰性气体（中烷及氩）在新鲜原料气体中含量甚少，但是由于它们不参加反应，在循环气体中的含量越来越高，惰性气体含量的增高对于化学平衡反应速度以及生成氨的分离都是不利的，一般惰性气体的含量每降低1%,产量可增加1.8%,在生产中通过弛放部分循环气体来减少惰性气的含量。