化学兵器（かがくへいき）とは、毒ガスなどの毒性化学物質を使い人や動物に対して被害を与えるために使われる兵器のこと。化学兵器禁止条約では、毒性化学物質の前駆物質や、それを放出する弾薬・装置も含むものとしている。
これらの兵器では、一般に良く知られている物ではサリンやVXガス・マスタードガスまたはイペリットなどが挙げられる（種類に関しては毒ガスの項を参照されたし）。初期の物では主に反応性の強い薬品から発生するガスであるが、後に生物の代謝機能に悪影響を与える物質などが利用されるようになった。これは揮発によるものだけではなく、液体が噴霧された霧状の状態を含み、今日の毒ガス兵器と呼ばれる物は、常温下に於いて液体（粘度の高いものを含む）の物が多い。
古くは有害で人体を蝕む化学反応を起こす物が利用されたが、近年ではサリンなどに代表される神経性の毒物（少量でも呼吸や心拍の機能を含む運動機能や感覚機能に甚大な影響を与える）が使用された。特に神経性の毒物では、神経系を信号伝達を不可能にして破壊する事から、予後が悪く後遺症が残りやすいとされる。また人体の代謝機能を破壊し、徐々に人体を蝕む薬品もあり、即効性は無いものの致死性のこれら兵器では、予後は極めて悪い。
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主に反応性の強い薬品では、太陽光に含まれる紫外線などの働きにより、短期間で無害な物質に分解するとされるが、中には長期間の汚染を発生させ、核兵器程ではないにせよ周辺環境を悪化させる物もある。無毒化処理には強酸性や強アルカリ性の薬品と反応させたり、強力な紫外線照射や電流といったエネルギーを与え、分解又は化合を促す事で無毒化させる。または大量注水して安全濃度にまで薄めるなどの方法も取られるが、単純に薄めた場合は有害な汚水が大量に発生する事もあり、広域土壌の除染には向かない。ただしサリンは加水分解によって無毒化するため、水の散布が有効である。