Μια πυρηνική αντίδραση είναι μια διαδικασία που συμβαίνει όταν ο πυρήνας ενός ατόμου χάνει υποατομικά σωματίδια στο βαθμό που οι ιδιότητές του μεταβάλλονται. Το αρχικό άτομο ενός στοιχείου που υφίσταται μια πυρηνική αντίδραση μπορεί είτε να γίνει διαφορετικό ισότοπο, ή ποικιλία, του ίδιου στοιχείου ή μπορεί να γίνει εντελώς διαφορετικό στοιχείο. Οι πυρηνικές αντιδράσεις σχετίζονται στενά με την ακτινοβολία γενικά, η οποία μπορεί να συμβεί αυθόρμητα έξω από μια αντίδραση. Η ακτινοβολία περιγράφει απλώς τη διαδικασία της ενέργειας ή των αντικειμένων που εκπέμπονται από ένα άτομο ή άλλο σωματίδιο. Ο όρος πυρηνική αντίδραση, ωστόσο, συνήθως αναφέρεται συγκεκριμένα σε μια κατάσταση κατά την οποία οι πυρήνες δύο ατόμων συγκρούονται και μεταβάλλουν τις ιδιότητες τουλάχιστον ενός από τους πυρήνες.
Μια πυρηνική αντίδραση μπορεί να συμβεί σε πολλές διαφορετικές μορφές, καθεμία από τις οποίες δίνει σημαντικά διαφορετικά αποτελέσματα. Σε μια αντίδραση σχάσης, ένα μεγάλο και συχνά ασταθές σωματίδιο, είτε αυθόρμητα είτε ως αποτέλεσμα σύγκρουσης, χωρίζεται σε δύο διαφορετικά σωματίδια. Το αντίθετο συμβαίνει σε μια πυρηνική αντίδραση σύντηξης: δύο μικρότερα σωματίδια συγκρούονται και οι πυρήνες τους συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα μεγαλύτερο σωματίδιο. Οι αντιδράσεις σύντηξης συμβαίνουν φυσικά στα αστέρια, αλλά οι περισσότερες ανθρώπινες προσπάθειες για αποτελεσματικό και αποδοτικό έλεγχο τους απέτυχαν. Σε μια αντίδραση θραύσης, ένας πυρήνας χτυπιέται με αρκετή ορμή για να εκτοπίσει αρκετά νετρόνια ή πρωτόνια, μειώνοντας έτσι το ατομικό βάρος του σωματιδίου.
Οι πυρηνικές αντιδράσεις σχάσης χρησιμοποιούνται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες για την παραγωγή χρησιμοποιήσιμης ενέργειας. Τα ασταθή σωματίδια συγκρούονται και διασπώνται, δημιουργώντας σημαντική ποσότητα κινητικής και θερμικής ενέργειας. Αυτή η ενέργεια μπορεί να συλλεχθεί από τον πυρηνικό αντιδραστήρα και να χρησιμοποιηθεί για τις ανθρώπινες ανησυχίες. Υπάρχει σημαντικό ενδιαφέρον για τη χρήση των αντιδράσεων σύντηξης για την παραγωγή ενέργειας, καθώς τείνουν να απελευθερώνουν σημαντική ποσότητα ενέργειας. Δυστυχώς, οι αντιδράσεις σύντηξης είναι εξαιρετικά δύσκολο να ελεγχθούν – συμβαίνουν φυσικά στις συνθήκες υψηλής πίεσης και υψηλής ενέργειας που υπάρχουν στα αστέρια, και τέτοιες συνθήκες είναι πολύ δύσκολο να αναπαραχθούν.
Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη σωματιδίων που εκπέμπονται συνήθως από τους πυρήνες κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής αντίδρασης. Τα σωματίδια άλφα είναι ουσιαστικά τα ίδια με τους πυρήνες των ατόμων ηλίου και αποτελούνται από δύο νετρόνια και δύο πρωτόνια συνδεδεμένα μεταξύ τους. Τα σωματίδια βήτα είναι απλά ηλεκτρόνια. έχουν πολύ μικρότερη μάζα και αρνητικό φορτίο. Τα νετρόνια απελευθερώνονται επίσης σε πυρηνικές αντιδράσεις. είναι πολύ διεισδυτικά επειδή έχουν ουδέτερο φορτίο, επομένως υπάρχουν λίγες δυνάμεις που τα εμποδίζουν να περάσουν μέσα από διάφορες ουσίες, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινου δέρματος. Οι ακτίνες γάμμα είναι ακτίνες που αφήνουν τον πυρήνα με τη μορφή καθαρής ενέργειας. Είναι επίσης πολύ διεισδυτικά και μπορούν να περάσουν σχεδόν από τα πάντα λόγω της ανύπαρκτης μάζας και του ουδέτερου φορτίου τους.