Neutronski snop je tok neutrona, koji su subatomske čestice koje nemaju električni naboj i nalaze se, zajedno s pozitivno nabijenim protonima, u jezgri svih kemijskih elemenata osim najčešćeg oblika vodika, koji ima samo proton. Iako su neutroni stabilni u jezgri, slobodni neutron se raspada na proton, elektron i drugu česticu koja se naziva elektronski antineutrino; izolirani neutroni imaju vrijeme poluraspada nešto više od 10 minuta, što znači da će se nakon tog razdoblja polovica neutrona u danom uzorku raspasti. Slobodni neutroni nastaju nuklearnom fisijom, na primjer u nuklearnom reaktoru, a mogu se generirati u akceleratorima čestica. Neutronska zraka ima mnoge važne primjene u znanosti o materijalima, medicini i sigurnosti.
Neutronske zrake se obično proizvode pomoću generatora neutrona, koji su akceleratori čestica koji ispaljuju deuterij ili tritijeve ione u mete koje sadrže deuterij, tricij ili oboje. Deuterij i tricij su izotopi vodika koji sadrže jedan, odnosno dva neutrona. Fuzija deuterija i tricija proizvodi neutrone koji se mogu fokusirati u neutronski snop. Neutronski generatori ovog tipa mogu biti relativno mali i prijenosni.
Iako većina oblika zračenja stupa u interakciju s oblacima elektrona koji okružuju atomske jezgre, neutroni, budući da su električni neutralni, a ne oblik elektromagnetskog zračenja, djeluju samo na jezgre, koje su vrlo male u odnosu na cijeli atom. Neutronska zraka je stoga vrlo prodorna i može pokazati položaj atomskih jezgri unutar uzorka materijala. Za razliku od X-zraka, neutronske zrake mogu lako prodrijeti u teške metale kao što je olovo, ali će također stupiti u interakciju s lakim elementima kao što su vodik i ugljik. Prema kvantnoj teoriji, sve subatomske čestice mogu se ponašati kao valovi, pa neutroni imaju valne duljine. To omogućuje fino ugađanje neutronske zrake; i valna duljina i energija snopa mogu se podesiti za detekciju specifičnih materijala.
Posebna svojstva neutronskih zraka dovela su do širokog spektra primjena, posebno kao alternativne tehnike snimanja koja se može koristiti u situacijama kada X-zrake nisu učinkovite. Mogu se koristiti za ispitivanje unutarnjih struktura materijala, kao što je otkrivanje pukotina i šupljina u metalnim komponentama, te za određivanje atomske i molekularne strukture spojeva. Njihova sposobnost otkrivanja lakših elemenata, ali prolaza kroz teže, omogućuje korištenje neutronskih zraka za sigurnosne provjere. Mogu otkriti skriveni eksploziv ili radioaktivni materijal, na primjer. Neutronske zrake također imaju važnu medicinsku primjenu, posebno u liječenju nekih oblika raka; neutronska radioterapija može uništiti tumore koji su otporni na konvencionalne tretmane radioterapije.