반응 중 한 개 이상의 전자가 이동하는 반응을 산화·환원 반응(oxidation-reduction 또는 redox reaction)이라 한다. 예를 들면 2Na(s) + $Cl_2$(g) → 2NaCl(s) 에서 반응 전후 Na의 산화수는 0에서 +1로 증가하고(전자를 잃음) Cl의 산화수는 0에서 -1로 감소한다(전자를 얻음).

화합물의 구조를 자세히 고려하지 않고 일정한 규칙, 즉 산화수 규칙에 따라 각 원자의 대략적인 산화 상태를 알 수 있다. 애매하면 루이스 전자점식를 그려서 전기음성도가 큰 원소에 전자를 몰아주고 각 원소의 전하를 따져야 한다.쉽게 생각하면 전기음성도가 높은 쪽의 산화수가 마이너스이다.
1. 홑원소 물질을 구성하는 원자의 산화수는 0이다. [1]
2. 일원자 이온의 산화수는 그 이온의 전하와 같다. [2]
3. 수소 화합물에서 H의 산화수는 대부분 +1이다. [3]
4. 산소 화합물에서 O의 산화수는 대부분 -2이다. [4]
5. 할로겐 원자의 산화수는 산화물 이외에서 대부분 -1이다.
6. 1족 금속의 산화수는 대부분 +1이다.
7. 화합물 또는 다원자 이온을 구성하는 각 원자의 산화수를 모두 더하면 전체 전하량과 같다.

또한 한 원자가 가지는 산화수의 절댓값의 최댓값은 그 원자의 원자가전자수와 같다.

산화-환원 반응의 중요한 특징은 산화와 환원의 정의에서도 알 수 있듯이 바로 전자의 이동이다. 따라서 이동한 전자 수를 제대로 계산해야 산화-환원 반응의 균형 맞추기와 양론 계산을 정확히 할 수 있다. 이동한 전자 수는 한 종류의 원자를 기준으로 산화수 차이에 그 원자의 수를 곱한 것과 같다. 예를 들어 다음과 같은 프로페인(propane)의 연소반응 $C_3$$H_8$(g) + 5$O_2$(g) → 3$CO_2$(g) + 4$H_2O$(l) 에서 C의 산화수는 $-{8 \over 3}$에서 +4로 증가하므로 프로페인은 산화되고, 잃은 전자의 수는 {+4-($-{8 \over 3})$}$e^-$ × 3 = 20$e^-$ 이다. 환원 반응에서도 이동한 전자 수는 같아야 하므로 산소로 검산해보면 O의 산화수는 0에서 -2으로 감소하므로 산소 기체는 환원되고 이때 얻는 전자 수는 {0-(-2)}$e^-$ × 10 = 20$e^-$ 이다.

$MnO_4^-$(aq) + $Fe^{2+}$(aq) → $Fe^{3+}$(aq) + $Mn^{2+}$(aq)

다음과 같이 산화 또는 환원 반응의 반쪽 반응식을 쓸 수 있다.
산화 반쪽 반응: $Fe^{2+}$ →$Fe^{3+}$ +$e^-$
환원 반쪽 반응: $MnO_4^-$ + 5$e^-$ → $Mn^{2+}$

먼저 산성 용액 조건에서 반응이 일어난다고 가정하면, $H^+$을 이용하여 환원 반쪽 반응에서 전하 균형을 맞출 수 있다.
$MnO_4^- + 5e^- + 8H^+$ → $Mn^{2+}$

다음으로 $H_2O$를 이용하여 산소의 균형을 맞춘다.
$MnO_4^- + 5e^- + 8H^+$ → $Mn^{2+} + 4H_2O$

마지막으로 산화 반쪽 반응과 환원 반쪽 반응에 도입된 전자의 수가 같아지도록 산화 반쪽 반응을 정수배하고, 두 반쪽 반응식을 더해 전체 반응식을 만든다.

산화 반쪽 반응: $(Fe^{2+}$ → $Fe^{3+} + e^-)$ ×5
환원 반쪽 반응: $MnO_4^- + 5e^- + 8H^+$ → $Mn^{2+} + 4H_2O$
전체 반응: $MnO_4^- + 5Fe^{2+} + 8H^+$ → $Mn^{2+} + 5Fe^{3+} + 4H_2O$

만약 위 반응이 염기성 용액에서 일어난다면 $H^+$ 대신 $OH^-$로 전하 균형을 맞추면 된다. 따라서 염기성 조건에서 환원 반쪽 반응은 다음과 같다.
$MnO_4^- + 5e^- + 4H_2O$ → $Mn^{2+} + 8OH^-$

따라서 염기성 용액에서 전체 반응식은 $5Fe^{2+} + MnO_4^- + 4H_2O$ → $5Fe^{3+} + Mn^{2+} + 8OH^-$가 된다.