Nuklearna reakcija je proces koji se događa kada jezgra atoma izgubi subatomske čestice do stupnja u kojem su promijenjena njegova svojstva. Izvorni atom elementa koji prolazi kroz nuklearnu reakciju može ili postati drugačiji izotop ili raznolikost istog elementa ili može postati potpuno drugačiji element. Nuklearne reakcije usko su povezane sa zračenjem općenito, koje se može dogoditi spontano izvan reakcije. Zračenje jednostavno opisuje proces energije ili predmeta koji se emitiraju iz atoma ili druge čestice. Međutim, izraz nuklearna reakcija obično se posebno odnosi na situaciju u kojoj se jezgre dvaju atoma sudaraju i mijenjaju svojstva barem jedne od jezgri.
Nuklearna reakcija može se dogoditi u mnogo različitih oblika, od kojih svaki daje znatno različite rezultate. U reakciji fisije, velika i često nestabilna čestica, bilo spontano ili kao rezultat sudara, razdvaja se na dvije različite čestice. U fuzijskoj nuklearnoj reakciji događa se suprotno: dvije manje čestice se sudaraju i njihove se jezgre spajaju u jednu veću česticu. Reakcije fuzije javljaju se prirodno u zvijezdama, ali većina ljudskih pokušaja da ih učinkovito i učinkovito kontroliraju propala je. U reakciji rasprskavanja, jezgra se udara s dovoljno zamaha da izbaci nekoliko neutrona ili protona, čime se smanjuje atomska težina čestice.
Nuklearne reakcije fisije koriste se u nuklearnim reaktorima za proizvodnju korisne energije. Nestabilne čestice sudaraju se i razdvajaju, stvarajući značajnu količinu kinetičke i toplinske energije. Ovu energiju nuklearni reaktor može prikupiti i upotrijebiti za ljudske potrebe. Postoji značajan interes za korištenje fuzijskih reakcija za stvaranje energije, budući da one imaju tendenciju oslobađanja znatne količine energije. Nažalost, fuzijske reakcije je izuzetno teško kontrolirati – one se prirodno događaju u uvjetima visokog tlaka, visoke energije prisutnim na zvijezdama, a takve je uvjete vrlo teško replicirati.
Postoji nekoliko različitih vrsta čestica koje se obično emitiraju iz jezgri tijekom nuklearne reakcije. Alfa čestice su u osnovi iste kao jezgre atoma helija i sastavljene su od dva neutrona i dva protona povezana zajedno. Beta čestice su jednostavno elektroni; imaju mnogo manju masu i negativan naboj. Neutroni se također oslobađaju u nuklearnim reakcijama; vrlo su prodorni jer imaju neutralan naboj pa je malo sila koje ih sprječavaju da prođu kroz razne tvari, pa tako i ljudsku kožu. Gama zrake su zrake koje napuštaju jezgru u obliku čiste energije; također su vrlo prodorni i mogu proći kroz gotovo sve zbog svoje nepostojeće mase i neutralnog naboja.