羟甲基是指有机化合物中的氢被羟甲基取代后的化学键。羟甲基化反应又称为Tollens缩合反应，指的是甲醛与含α-H的醛、酮缩合。
甲醛本身不含α-H，不能自身缩合，但在碱如氢氧化钙、碳酸钾、碳酸氢钠、三烷基胺等的催化下，可与含α-H的醛、酮进行羟醛缩合，在醛、酮的α-碳原子上引入羟甲基，此反应称为羟甲基化反应，也就是所谓的Tollens缩合，生成的产物是β-不饱和醛、酮。该反应在药物合成中应用广泛。
甲醛和乙醛发生交叉羟醛缩合反应，乙醛α-碳原子上氢被羟甲基取代，这就是羟甲基化反应。乙醛α-碳原子上有三个氢，都可以被羟甲基取代，生成三羟甲基乙醛，它的醛基再被甲醛还原为羟甲基，就成为具有四个羟甲基的季戊四醇。通过羟甲基反应，可以在有机化合物分子中引入多个羟基，是合成多元醇的重要方法。