Fotodezintegracija je fizički proces koji se događa kada gama zrake s golemom energijom udare u atomsku jezgru i razdvoje je. Od cijelog elektromagnetskog spektra, gama zrake su najenergetnije, a imaju i najkraću valnu duljinu, veličinu atomske jezgre ili manje.
Fotodezintegracija uzrokuje nuklearnu fisiju, razbijanje atomskih jezgri. To je isti mehanizam koji uzrokuje lančane reakcije u nuklearnim reaktorima i nuklearnim bombama. Za elemente lakše od željeza reakcija troši energiju, a za elemente teže oslobađa je. Elementi lakši od željeza zahtijevaju više energije da se razbiju nego što se oslobađa od tog loma. Energija koja nastaje fotodezintegracijom proizlazi iz snažne nuklearne sile koja drži čestice u atomskoj jezgri zajedno.
Proces fotodezintegracije glavni je čimbenik u supernovama koje uključuju zvijezde s 250 ili većim sunčevim masama, poput primordijalnih zvijezda Populacije III koje su prve osvijetlile svemir. U supermasivnoj zvijezdi koja se urušava, temperatura u središtu je toliko velika da nastaju gama zrake sposobne za fotodezintegraciju. Budući da je velika većina elemenata u jezgri takve zvijezde lakša od željeza, reakcija apsorbira energiju, smanjujući tlak u središtu zvijezde i uzrokujući njeno kolapsiranje u crnu rupu.
Pri nižim – ali još uvijek iznimno visokim – energijama, fotodezintegracija samo izbacuje jedan ili dva protona ili neutrona iz jezgre. Pri višim energijama cijela se jezgra razdvaja, ali su sve veće energije potrebne da bi se razdvojile manje jezgre.
Znanstvenici nisu proučavali fotodezintegraciju u laboratorijskom kontekstu jer su energije potrebne za njezino pokretanje previše ekstremne. Možda ćemo u dalekoj budućnosti izgraditi eksperimentalni aparat koji će omogućiti bliže proučavanje fotodezintegracije, ali do tada se čini da su teorijske studije dovoljne.