Een hydroxylgroep is een functionele groep, die bestaat uit een waterstofatoom (hydrogenium) en een zuurstofatoom (oxygenium). De uitgang -yl wijst erop dat de groep 'vrij' is, waardoor het zuurstof atoom aan een molecuul gebonden kan worden. Is dat molecuul een alkylgroep, dan noemen we de verbinding een alcohol. Is er sprake van meer dan één hydroxylgroep, dan spreken we van polyfenolen, poly(alcoh)olen etcetera.
De hydroxylgroep komt ook voor als onderdeel van een andere functionele groep, zoals de carboxygroep (vroeger carboxylgroep), onderdeel van carbon- en aminozuren. De hydroxylgroep is een belangrijke bouwsteen in koolhydraten (sachariden), Cn(H2O)m, waarin waterstofatomen en zuurstofatomen in de verhouding 2 : 1 voor komen.