核反应是指入射粒子(或原子核)与原子核，称靶核碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。反应前后的能量、动量、角动量、质量电荷与宇称都必须守恒。
在化学反应中化学键的断裂与形成是关键步骤，而核反应没有化学键的断裂与形成，因此被视为物理变化。
核反应的类型主要有裂变和聚变两种。裂变是指重原子核分裂成两个或多个氢原子核并释放出大量的能量，聚变则是两个氢原子核结合成一个较重的原子核也会释放出巨大的能量，无论是裂变还是聚变都会产生新的物质，例如在聚变过程中氢原子会聚变成氦原子。
此外核反应也是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象，例如在太阳等恒星中就一直在发生着核聚变反应，为宇宙提供源源不断的能量。
现在人类也在利用核反应的原理建设核电站，为人类社会提供清洁的能源。核裂变又称核分裂是一种核反应形式，它涉及一个重的原子核(通常是指铀核或钚核)分裂成两个或多个质量较小的原子，在裂变过程中平均能量为2兆电子伏的高能中子将被放出，并释放出约200兆电子伏的能量。
这种所释放的能量被称为核裂变能，这个过程只有一些质量非常大的原子核像铀、钍等才能发生。
核裂变是由莉泽、迈特纳、奥托、哈恩、弗里茨、施特拉斯曼以及奥托、罗伯特、弗里施等科学家在1938年发现的，原子弹和核电站的能量来源都是核裂变，特别是早期原子弹主要使用钚-239作为原料，而铀-235的裂变在核电站中最为常见。
核聚变是两个氢原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程，核聚变反应发生在一种叫作等离子体的物质状态中，等离子体是一种由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体，具有不同于固体液体和气体的独特性质。
为了在太阳上实现聚变，原子核需要在超过1000万摄氏度的极高温度下相互碰撞以使它们能够克服相互间的电排斥力，一旦原子核克服了这种排斥力，并进入彼此非常接近的范围。它们之间的核力吸引力将超过电排斥力，从而使它们能够实现聚变。
要做到这一点，众多原子核必须被约束在一个小空间内，以增加碰撞的机会，在太阳中其巨大的引力所产生的极端压力为核聚变的发生创造了条件。核聚变产生的能量非常大，一是核裂变反应的四倍。而且聚变反应可以成为未来聚变动力堆的基础。
科学家正在努力研究可控核聚变，核聚变可能成为未来的能量来源。
