Ciklotron je vrsta akceleratora čestica koji koristi konstantno magnetsko polje i izmjenična električna polja za ubrzanje čestice u spiralnom gibanju. Ove vrste akceleratora čestica bile su među prvima osmišljenima i imaju nekoliko prednosti u odnosu na rane linearne akceleratore, kao što su zahtjevi za manjom veličinom. Iako je napredak u tehnologiji omogućio složenije vrste akceleratora čestica, još uvijek postoje neke namjene za ciklotrone u brojnim različitim područjima. Ciklotron se još uvijek može koristiti u eksperimentiranju fizike, posebno kao rani dio višestupanjskih akceleratora.
Razvijen 1932. godine, ciklotron je akcelerator čestica koji koristi kružno gibanje, obično u spirali koja raste prema van, za ubrzavanje čestica za brojne različite namjene. Ubrzanje čestica obično zahtijeva prilično veliku udaljenost kako bi čestice mogle doći do dovoljne brzine za korištenje u eksperimentima. Dizajn ciklotrona, međutim, omogućuje da se manji akceleratori koriste s velikim efektom, budući da se čestica kreće kružno i putuje veliku udaljenost bez potrebe za dugim ravnim hodnikom za prolaz.
Ciklotron u osnovi radi korištenjem para elektroda velike snage, svaka u obliku slova “D” s ravnim stranama jedna prema drugoj, kako bi se stvorio potpuni kružni oblik. Počevši od središta kruga, čestica se počinje udaljavati od središta, ali korištenjem privlačenja i odbijanja ona se umjesto toga povlači u kružno gibanje. Diode se naizmjenično nabijaju između sebe tako da se čestica ubrzava prema jednoj, zatim se zakrivi dok je ta jedna odguruje i privlači prema drugoj, a zatim nastavlja uzorak između dvije elektrode. To bi stvorilo savršeno kružno gibanje ako se ostavi na miru, ali između dvije diode stvara se magnetsko polje, koje je okomito na kružno gibanje čestice.
Ovo magnetsko polje neznatno pomiče gibanje čestice, pa se svaki put kada prođe između dvije elektrode malo odmakne od središta kruga. Laganim pomicanjem čestice prema van, put koji prolazi tijekom ubrzanja postaje spirala koja raste prema van, a ne kružnica. To omogućuje čestici da na kraju udari u ciljno područje s unutarnje strane jedinice za zadržavanje, gdje se zatim može preusmjeriti za daljnje proučavanje ili korištenje.
Jedan od glavnih nedostataka ciklotrona je taj što se ciljno područje može koristiti samo za česticu koja putuje brzinama koje se mogu ispravno izračunati pomoću Newtonove fizike. Veće brzine uzrokovale bi pojavu relativističkih učinaka, a cilj ne bi bio ispravno pogođen, što znači da ciklotron obično ne može proizvesti razine ubrzanja koje novi, linearni akceleratori mogu. Međutim, razvijeni su izokroni ciklotroni koji mogu kompenzirati relativističke promjene čestice i mogu biti prilično učinkoviti.