Reazione nucleare, cambiamento nell’identità o nelle caratteristiche di un nucleo atomico, indotta bombardandolo con una particella energetica. La particella di bombardamento può essere una particella alfa, un fotone di raggi gamma, un neutrone, un protone o uno ion pesante. In ogni caso, la particella di bombardamento deve avere abbastanza energia per avvicinarsi al nucleo caricato positivamente entro il raggio della forte forza nucleare.
Una tipica reazione nucleare coinvolge due particelle reagenti—un nucleo bersaglio pesante e una particella bombardante leggera—e produce due nuove particelle—un nucleo prodotto più pesante e una particella espulsa più leggera. Nella prima reazione nucleare osservata (1919), Ernest Rutherford bombardò l’azoto con particelle alfa e identificò le particelle più leggere espulse come nuclei di idrogeno o protoni (11H o p) e i nuclei del prodotto come un raro isotopo di ossigeno. Nella prima reazione nucleare prodotta da particelle accelerate artificialmente (1932), i fisici inglesi J. D. Cockcroft ed E. T. S. Walton bombardarono il litio con protoni accelerati e quindi produssero due nuclei di elio, o particelle alfa. Poiché è diventato possibile accelerare le particelle cariche a un’energia sempre maggiore, sono state osservate molte reazioni nucleari ad alta energia che producono una varietà di particelle subatomiche chiamate mesoni, barioni e particelle di risonanza.