Reaktionen mellan klor och butan är en substitutionsreaktion med fria radikaler. I denna typ av reaktion ersätter en kloratom en väteatom i butanmolekylen. Reaktionen initieras av bildandet av en klorradikal, som är en mycket reaktiv atom med en oparad elektron. Denna radikal kan sedan reagera med en väteatom i butanmolekylen och bilda en vätekloridmolekyl och en butylradikal. Butylradikalen kan sedan reagera med en annan klormolekyl och bilda en butylkloridmolekyl och en ny klorradikal. Denna process kan fortsätta tills alla väteatomer i butanmolekylen har ersatts av kloratomer.

Hastigheten för en substitutionsreaktion med fria radikaler påverkas av ett antal faktorer, inklusive koncentrationen av reaktanterna, temperaturen och närvaron av inhibitorer eller katalysatorer. Reaktionen är också mer sannolikt att inträffa om väteatomen som ersätts är belägen på en tertiär kolatom (en kolatom som är bunden till tre andra kolatomer).

Reaktionen mellan klor och butan är en viktig industriell process för framställning av klorerade kolväten, som används som lösningsmedel, kylmedel och plaster.