Dekarboxylering är en kemisk reaktion i vilken en karboxylgrupp (-COOH) avspaltas i form av koldioxid (CO2). Vanligtvis hänvisar dekarboxylering till en reaktion av karboxylsyror, som tar bort en kolatom från en kolkedja. Den omvända processen, som är det första kemiska steget i fotosyntesen, kallas karboxylering, tillsatsen av CO2 till en förening. Enzymer som katalyserar dekarboxyleringar kallas dekarboxylaser eller, den mer formella termen, karboxylyaser (EG-nummer 4.1.1).
Reaktionen sker i kroppen med hjälp av enzymer, men i industrin utförs den ofta vid höga temperaturer.