Lillsjöbäcken är ett naturreservat beläget i Nora kommun i Örebro län. Förvaltningen av reservatet ligger under Länsstyrelsen i Örebro län och det skapades den 1 januari 2006. Naturreservatet består av 19 hektar landyta, varav 17 hektar är skog.
Naturreservatets storlek på 19 hektar gör det till ett relativt litet område, men det är ändå betydelsefullt på grund av dess naturvärden. Bland annat finns här ett av Örebro läns finaste bestånd av flodpärlmussla. Dessutom flyger här flera sällsynta nätfjärilar som asknät-, väddnät- och sotnätfjäril.
Historiskt sett användes bäckens vattenkraft vid Järlehyttan för att tillverka järn. Idag är det istället naturvärdena som är i fokus och på grund av den sällsynta flodpärlmusslan och de ovanliga nätfjärilarna ingår reservatet i EU:s nätverk för skyddade områden, Natura 2000.
Besökare kan ta del av information om reservatet vid anordningar på plats, och det finns även parkeringsmöjligheter för den som vill utforska området. Sammanfattningsvis är Lillsjöbäcken ett viktigt naturreservat med höga naturvärden som är väl värt ett besök för den som är intresserad av svensk natur.