תגובת חימצון תמיד מלווה בתגובת חיזור, משמע שמסירת אלקטרונים מהאטום המחזר מלווה בקבלת אלקטרונים על ידי האטום המחמצן. במילים אחרות בתגובת חמצון-חיזור חייבים להיות גם מחמצן וגם מחזר, או עלייה בדרגת חמצון של אטום אחד מחייבת ירידה בדרגת חמצון של אטום אחר.
חומר מחזר (reductant) הוא אטום (בודד או בחומר) שמוסר אלקטרונים לאטום מחמצן (בודד או בחומר). בטבע יש מגוון רחב של מחזרים נפוצים, בדרך כלל מחזרים הם חומרים אי-אורגניים. חומרים מחזרים נפוצים כוללים את:
- גז מימן H2(g) הוא חומר מחזר נפוץ בתעשיית הכימית בתהליכים כמו ״תהליך הַבֶּר-בּוּשׁ" בו מייצרים אמוניה בתגובה בין גז מימן לגז חנקן. מימן משמש גם כמגיב בתגובת ״הִידְרוֹגֵנַצְיָה״ בתעשייה האורגנית בה מעשירים פחמימנים בלתי רווים ליצירת פחמימנים רווים (פחמימן עם קשרים יחידים בלבד).
- מתכות אלקליות (Li(s), Na(s), K(s)) הן חומרים מחזקים חזקים. ניתן להסביר זאת בכך שמתכות אלקליות בעלות אנרגית יינון נמוכה ולכן יעדיפו למסור אלקטרון ליצירת רמת אנרגיה ערכית מלאה (כמו גז אציל). מתכות אלקליות הן גם מקור להכנת חומרים מחזרים נוספים כמו ליתיום אלומיניום הִידְרִיד, LiAlH4, וגם נתרן בור הִידְרִיד, NaBH4, שמשמשים כחומר מחזר בתגובות אורגניות לדוגמה.
- מתכות אלקליות עפרוריות (Ca(s), Mg(s)) כמו מתכות אלקליות גם למתכות בטור השני בטבלה המחזורית יש גם אנרגיית יינון נמוכה ולכן יעדיפו למסור אלקטרון ליצירת רמת אנרגיה ערכית מלאה (כמו גז אציל).
- מתכות מעבר (Fe(s), Zn(s), Sn(s), Cr(s), Cu(s)) מסוימות יכולות לשמש כחומרים מחזרים. למתכות מעבר מגוון של דרגות חמצון כי מתכות אלו יכולות למסור אלקטרונים בכמה אפשרויות כמו ברזל לדוגמה, בטבע קיימים גם Fe2+ וגם Fe3+.
ברזל Fe וְאבץ Zn נפוצים יותר הודות ליכולות חיזור טובה וגם עלות נמוכה של החומרים
פרט לאטומים ממשפחת הגזים האציליים שלא משתתפים בתגובות כימיות, לכל אטום יש דרגת חמצון מרבית ומזערית.
כאשר אטום במצב של דרגת חמצון מזערית (ד״ח מינימלית, minimal) ), מצב בו דרגת החמצון שווה למספר האלקטרונים ערכיים שאטום יכול לקבל ברמת האנרגיה הערכית.
>במצב של דרגת חמצון מזערית רמת האנרגיה הערכית של אטום מלאה, במצב כזה אטום יכול רק למסור אלקטרונים. במצב כזה האטום יתפקד כמחזר בלבד.