Branduolinė reakcija yra procesas, vykstantis, kai atomo branduolys praranda subatomines daleles tiek, kad pasikeičia jo savybės. Pradinis elemento atomas, kuriam vyksta branduolinė reakcija, gali tapti skirtingu to paties elemento izotopu arba atmaina, arba gali tapti visiškai kitu elementu. Branduolinės reakcijos yra glaudžiai susijusios su radiacija apskritai, kuri gali atsirasti spontaniškai už reakcijos ribų. Spinduliuotė tiesiog apibūdina energijos ar gaminių išskyrimo iš atomo ar kitos dalelės procesą. Tačiau terminas branduolinė reakcija paprastai konkrečiai reiškia situaciją, kai dviejų atomų branduoliai susiduria ir pakeičia bent vieno iš branduolių savybes.
Branduolinė reakcija gali vykti įvairiomis formomis, kurių kiekviena duoda labai skirtingus rezultatus. Dalijimosi reakcijos metu didelė ir dažnai nestabili dalelė spontaniškai arba dėl susidūrimo skyla į dvi skirtingas daleles. Branduolinės sintezės reakcija vyksta priešingai: susiduria dvi mažesnės dalelės ir jų branduoliai susijungia ir sudaro didesnę dalelę. Sintezės reakcijos vyksta natūraliai žvaigždėse, tačiau dauguma žmonių bandymų efektyviai ir efektyviai jas kontroliuoti žlugo. Atliekant šlifavimo reakciją, branduolys smogiamas pakankamai impulsu, kad išstumtų kelis neutronus arba protonus, taip sumažinant dalelės atominę masę.
Branduolio dalijimosi reakcijos naudojamos branduoliniuose reaktoriuose, kad būtų pagaminta tinkama energija. Nestabilios dalelės susiduria ir skyla, sukurdamos daug kinetinės ir šiluminės energijos. Šią energiją gali surinkti branduolinis reaktorius ir panaudoti žmonių rūpesčiams. Kyla didelis susidomėjimas sintezės reakcijų naudojimu energijai gaminti, nes jos paprastai išskiria daug energijos. Deja, sintezės reakcijas yra nepaprastai sunku suvaldyti – jos natūraliai vyksta aukšto slėgio ir didelės energijos sąlygomis, esančiomis žvaigždėse, ir tokias sąlygas labai sunku atkartoti.
Yra keletas skirtingų rūšių dalelių, kurios dažniausiai išsiskiria iš branduolių vykstant branduolinei reakcijai. Alfa dalelės iš esmės yra tokios pačios kaip helio atomų branduoliai ir susideda iš dviejų neutronų ir dviejų protonų, sujungtų kartu. Beta dalelės yra tiesiog elektronai; jie turi daug mažesnę masę ir neigiamą krūvį. Neutronai išsiskiria ir branduolinėse reakcijose; jie labai skvarbūs, nes turi neutralų krūvį, todėl mažai jėgų, trukdančių joms prasiskverbti per įvairias medžiagas, įskaitant žmogaus odą. Gama spinduliai – tai spinduliai, kurie palieka branduolį grynos energijos pavidalu; jie taip pat labai prasiskverbia ir gali prasiskverbti pro beveik bet ką dėl neegzistuojančios masės ir neutralaus krūvio.