Neutronska aktivacijska analiza (NAA) vrlo je osjetljiva i točna metoda određivanja elemenata prisutnih u uzorku materijala. Uzorak je usmjeren neutronima iz radioaktivnog izvora. To uzrokuje da mnogi prisutni elementi emitiraju gama zrake na određenim frekvencijama, po kojima se mogu identificirati. Na ovaj način može se detektirati oko 65 različitih elemenata. To je jedna od najkorisnijih znanstvenih tehnika za istraživanje elementarnog sastava uzoraka i ima mnoge primjene u analitičkoj kemiji, geologiji, forenzičkoj znanosti i drugim područjima.
Kada neutron udari u jezgru atoma, često se apsorbira, stvarajući teži izotop i emitirajući gama zrake. U mnogim slučajevima, ovi izotopi su nestabilni i nakon kratke odgode će se raspasti u drugi, lakši, izotop, emitirajući jednu ili više gama zraka pri energijama koje su karakteristične za taj izotop. Na primjer, najčešći izotop natrija – natrij-23 – može apsorbirati neutron, tvoreći nestabilan izotop natrij-24, koji se zatim raspada u magnezij-24, emitirajući dvije gama zrake pri određenim energijama. Mjerenjem energije gama zraka i emitirane količine mogu se odrediti prisutni elementi i njihova zastupljenost u uzorku. Početna gama zraka, emitirana odmah kada se neutron apsorbira, poznata je kao brza gama zraka, ali obično se mjere odgođene gama zrake.
Analiza neutronske aktivacije vrlo je osjetljiva tehnika. Može otkriti elemente u jednom dijelu na milijun ili manje, au nekim slučajevima i do jednog dijela na milijardu. Metoda je također vrlo svestrana, jer može analizirati uzorke u krutom, tekućem i plinovitom obliku i može podnijeti uzorke veličine do 0.000035 unci (0.001 gram).
Izvor neutrona ponekad je poznat kao neutronska haubica. Kada su neki svjetlosni elementi izloženi alfa česticama, njihove jezgre emitiraju neutrone. U tu svrhu posebno je prikladan element berilij. Miješanjem berilija s izvorom alfa čestica, kao što je plutonij 239 ili radij 226, može se stvoriti jak izvor neutrona. To može biti zatvoreno u odgovarajuću zaštitu od zračenja, ali s otvorom iz kojeg neutroni mogu izaći.
Nuklearni reaktori se također koriste kao izvori neutrona. U SAD-u, u Oak Ridgeu, Tennessee, izotopski reaktor visokog protoka (HFIR) osigurava izvor neutrona u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge, što ga čini glavnim centrom za analizu neutronske aktivacije. Radioaktivni elementi koji proizvode neutrone nuklearnom fisijom, na primjer kalifornij-252, također se mogu koristiti u manjem obimu, što omogućuje korištenje neutronskih izvora veličine stolnog računala.
Neutronska aktivacijska analiza ima širok raspon primjena. Može se koristiti u proizvodnoj industriji za otkrivanje nečistoća u metalima, u biologiji za istraživanje metabolizma elemenata u tragovima, u geologiji za analizu uzoraka stijena i tla te u forenzičkoj znanosti za dobivanje ključnih informacija iz uzoraka s mjesta zločina. Jedan dobro poznati specifičan primjer neutronske aktivacijske analize na djelu je nalaz da su svi fragmenti metaka sa scene atentata na Johna F. Kennedyja proizašli iz ista dva metka, ispaljena iz istog pištolja. Drugi primjer je otkriće sloja sedimenta bogatog iridijem na granici između krede i tercijarnog geološkog razdoblja, što ukazuje na veliki udar meteorita koji se manje-više poklopio s događajem masovnog izumiranja koji je obilježio nestanak dinosaura.