Demetilacija je hemijski proces kojim se uklanja metil grupa (CH3) iz molekula.[1][2] Uobičajen način demetilacije je zamena metil grupe atomom vodonika, što dovodi gubitka jednog ugljenika i dva vodonika.
U biohemijskim sistemima, demetilacija je proces koji je često katalisan enzimima kao što su članovi familije citohroma P450[3] (CYP) u jetri i gljivične aromatične peroksigenaze, npr. Agrocybe aegerita peroksigenaza.