Phân hạch tự phát viết tắt là SF (Spontaneous fission) là một dạng phân rã phóng xạ chỉ được tìm thấy trong các yếu tố hóa học rất nặng. Năng lượng liên kết hạt nhân của các nguyên tố đạt cực đại tại hạt có số khối lượng nguyên tử khoảng 58. Phân hạch tự phát làm vỡ hạt nhân nặng thành nhiều hạt nhân nhỏ hơn, và một vài hạt hạt nhân cô lập có thể trở thành hạt với số khối lượng nguyên tử lớn hơn. Do những hạn chế trong việc hình thành các hạt nhân sản phẩm phân hạch thứ cấp (sản phẩm con đẻ), phân hạch tự phát thành các hạt nhân đã biết, về mặt lý thuyết là có thể (có nghĩa là, có thể về mặt năng lượng) cho một số hạt nhân nguyên tử có khối lượng nguyên tử lớn hơn 92 đơn vị khối lượng nguyên tử (amu, atomic mass units), với xác suất của phân hạch tự phát tăng là tăng theo khối lượng nguyên tử ở trên giá trị này. Chú ý rằng phân rã cụm (cluster decay) được coi là quá trình phân hạch tự phát siêu đối xứng , trong khí đó phân rã alpha lại không được tính vào phân hạch tự phát.