Phản ứng hạt nhân là một quá trình vật lý, trong đấy xảy ra tương tác mạnh của hạt nhân do tương tác với một hạt nhân khác hoặc với một nucleon, photon.. khi hạt nhân bay vào vùng tương tác của hạt nhân kia với năng lượng đủ lớn sẽ làm phân bố lại động lượng, moment động lượng, spin, chẵn lẻ... Nếu năng lượng không đủ lớn sẽ chỉ làm lệch hướng của hai hạt nhân, quá trình đó gọi là tán xạ hạt nhân. Chính nhờ các phản ứng hạt nhân mà con người ngày càng hiểu biết sâu sắc hơn về cấu trúc vi mô của thế giới vật chất. Quá trình hai hạt tương tác với nhau tạo thành hai hạt nhân con được mô tả dưới dạng phương trình phản ứng hạt nhân như sau: a + A → B + b Về nguyên tắc một phản ứng liên quan đến nhiều hơn hai hạt va chạm nhưng vì xác suất xảy ra của sự kiện đó là rất thấp nên thông thường chỉ xét đến sự tương tác của hai hạt nhân với nhau.