Dobbeltbinding er kjemisk binding mellom to atomer som deler to elektronpar.
En dobbeltbinding er kortere (typisk 15–20 %) og mer reaktiv enn en enkeltbinding hvor de to atomene bare deler ett elektronpar.
Dobbeltbindinger er normalt sterkere enn enkeltbindinger, men de dannes bare hvis de er sterkere enn to enkeltbindinger. Dette er tilfellet mellom for eksempel to oksygenatomer. Et annet eksempel er C=C-dobbeltbindinger som er ca. 1,95 mer gunstige energimessig enn enkeltbindinger. Dobbeltbindinger er derfor vanlige i organiske molekyler.
Organiske molekyler (for eksempel fettsyrer) med dobbelbindinger kalles umettede, fordi hver dobbeltbinding forårsaker et underskudd på to hydrogenatomer. Også en ringdannelse gjør at det blir to H-atomer mindre. Et mettet organisk molekyl uten ringer vil ha et antall hydrogenatomer som tilsvarer det dobbelte av antallet C-atomer + 2 (+ evtuelt tillegg på grunn av andre atomer).
Hvis antall hydrogenatomer er lavere enn dette, deler man forskjellen på to, og tallet man får kalles antall dobbeltbindingsekvivalenter. Mangler man for eksempel seks H-atomer på at molekylet skal være mettet, så har molekylet til sammen tre dobbelbindinger eller ringer.
Andre vanlige dobbeltbindinger er: C=O, C=N, N=O, S=O og P=O. Dobbeltbindinger dannes også mellom overgangsmetallatomer.