化学反应器有三种操作方式：间歇（分批）式、连续式和半连续（半间歇）式。
一、间歇（分批）式操作
采用间歇操作的反应器称为间歇反应器，其特点是进行所需的原料一次性装入反应器内，然后在其中进行化学反应，经一定时间后，达到所要求的反应程度时卸出全部物料，其中主要是反应产物以及少量未被转化的原料。接着是清洗反应器，继而进行下一批原料的装入、反应和卸料。所以间歇反应器又称为分批反应器。间歇反应过程是一个非定态过程，反应器内物系的组成随时间而变，这是间歇过程的基本特征。间歇反应器在反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，即不存在物料的流动，整个反应过程都是在恒容下进行的。反应物系若为气体，则必充满整个反应器空间；若为液体，则虽不充满反应器空间，由于压力的变化而引起液体体积的改变通常可以忽略，因此按恒容处理也足够准确。
采用间歇操作的反应器几乎都是釜式反应器，其余类型极为罕见。间歇反应器适用于反应速率慢的化学反应，以及产量小的化学品生产过程，对于那些批量少而产品的品种又多的企业尤为适宜，例如医药等精细化工往往就属于这种。
二、连续式操作
这一操作方式的特征是连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反应器流出，采用连续操作的反应器称为连续反应器或流动反应器。前面所述的各类反应器都可采用连续操作。对于工业生产中某些类型的反应器，连续操作是唯一可采用的操作方式。连续操作的反应器多属于定态操作，此时反应器内任何部位的物系参数，如浓度及反应温度等均不随时间而改变，但却随位置而改变。大规模工业生产的反应器绝大部分都是采用连续操作，因为它具有产品质量稳定、劳动生产率高、便于实现机械化和自动化等优点。这些都是间歇操作无法与之相比的。然而连续操作系统一旦建立，想要改变产品品种是十分困难的，有时甚至要较大幅度地改变产品产量也不易办到，但间歇操作系统则较为灵活。
三、半连续（半间歇）式操作
原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或卸出的操作，均属半连续操作，相应的反应器称为半连续反应器或半间歇反应器。由此可见，半连续操作具有连续操作和间歇操作的某些特征。有连续流动的物料，这点与连续操作相似；也有分批加入或卸出的物料，因而生产是间歇的，这反应了间歇操作的特点。由于这些原因，半连续反应器的反应物系组成必然既随时间而改变，也随反应器内的位置而改变。管式、釜式、塔式以及固定床反应器都可采用半连续操作方式。