Я́дерные реа́кции, процессы, идущие при столкновении атомных ядер или элементарных частиц с другими ядрами и приводящие к изменению квантового состояния исходного ядра
и/или его нуклонного состава. Также при ядерных реакциях могут появляться новые частицы. Если эти частицы вызывают следующую реакцию (такую же, как их породившая), возникает цепная ядерная реакция. Для осуществления ядерной реакции необходимо сближение сталкивающихся частиц до расстояния около 10^–15 м между их поверхностями. Ядерные реакции идут при сохранении системой энергии, импульса, углового момента, электрического и барионного зарядов, лептонного числа. Чётность волновой функции, описывающей состояние частиц до и после реакции, сохраняется в ядерных реакциях, обусловленных сильным взаимодействием или электромагнитным взаимодействием, и не сохраняется в ядерной реакции, обусловленных слабым взаимодействием.

Ядерные реакции идут как с выделением, так и с поглощением энергии, определяемой дефектом массы системы до и после такой реакции. Величина поглощаемой энергии определяет минимальную кинетическую энергию столкновения (порог реакции), при которой данная ядерная реакция может протекать. Вероятность ядерной реакции заметно отличается от нуля при таких энергиях, при которых проницаемость кулоновского барьера ядра достаточно велика. Высота кулоновского барьера ядерной реакции с участием элементарных частиц и лёгких ядер мала; такие ядерные реакции (термоядерные реакции, радиационный захват нейтрона и др.) активно идут в звёздах и обеспечивают нуклеосинтез в природе.

Квантовое состояние сталкивающихся частиц до взаимодействия определяет входной канал ядерной реакции; выходной канал задаётся составом и квантовым состоянием продуктов ядерной реакции. Вероятность реализации того или иного выходного канала связана с эффективным сечением реакции, которое определяется перекрытием волновых функций начального и конечного состояний, а также зависит от ориентации спинов частиц. Измеряемой величиной является выход ядерной реакции – число зарегистрированных продуктов реакции с определёнными массой, зарядом, кинетической энергией, угловыми распределениями, спинами.

Основным источником заряженных частиц, инициирующих ядерные реакции в лабораторных условиях, служат ускорители заряженных частиц. В ходе ядерной реакции также могут образовываться частицы (как заряженные, так и нейтральные), пучки которых впоследствии могут быть ускорены и использованы в реакции. Источником медленных нейтронов и
$γ$-квантов служат ядерные реакторы.

В ядерной реакции с участием π-мезонов, K-мезонов и антипротонов происходит их захват с образованием экзотических атомов, а затем поглощение частиц ядром. В реакциях, идущих под действием γ-квантов, энергетическая зависимость сечения их поглощения ядром характеризуется широким максимумом (гигантские резонансы); при бóльших энергиях идут процессы выбивания нуклонов из ядра, фрагментация ядра и рождение π-мезонов.

Ядерные реакции, в которых налетающая частица лишь касается ядра-мишени, а длительность столкновения приблизительно равна времени прохождения налетающей частицей расстояния, равного радиусу ядра-мишени (около 10^–22 с), относят к классу прямых ядерных реакций. В прямой ядерной реакции налетающая частица имеет достаточную энергию, чтобы выйти из области действия ядерных сил притяжения. При меньших значениях прицельного параметра (расстояния между линией, вдоль которой движется налетающее ядро, и центром масс ядра-мишени) наблюдаются т. н. глубоко неупругие столкновения ядер, в которых значительная доля кинетической энергии частиц переходит во внутреннюю энергию возбуждения ядер. В этом случае формируется т. н. двойная ядерная система, которая через 10^–20 с распадается на 2 фрагмента. Между ядрами двойной ядерной системы происходит интенсивный обмен нуклонами, за счёт которого формируются зарядовое и массовое распределения продуктов ядерной реакции. Глубоко неупругие столкновения используются для получения нестабильных нуклидов.

При дальнейшем уменьшении прицельного параметра налетающая частица (или лёгкое ядро) не покидает область взаимодействия, её кинетическая энергия постепенно распределяется среди нуклонов ядра, так что на отдельном нуклоне или группе нуклонов может сконцентрироваться энергия, достаточная для их эмиссии из ядра. В процессе дальнейшей релаксации образуется составное ядро с временем жизни 10^–14 – 10^–18 с. Распад составного ядра не зависит от способа его образования и определяется энергией возбуждения, угловым моментом, чётностью и изотопическим спином ядра. В случае распада средних и тяжёлых составных ядер вероятность испускания нейтронов значительно превышает вероятность эмиссии заряженных частиц (вылету последних препятствует кулоновский барьер ядра). В тяжёлых ядрах с испусканием нейтронов конкурируют процессы деления атомного ядра и альфа-распада.

Выделяют ядерные реакции при низких энергиях (до 15–20 МэВ/нуклон), промежуточных (от 20 до нескольких сотен МэВ/нуклон) и релятивистских (свыше сотен МэВ/нуклон). При промежуточных энергиях происходит множественное рождение частиц и новых ядер за счёт фрагментации сталкивающихся ядер. Такие ядерные реакции используют для получения радионуклидов, а образующиеся пучки протонов и ядер ¹²С – в лучевой терапии. В ядерных реакциях при релятивистских энергиях достигаются большие плотности и температуры ядерной материи – в этих условиях рождаются новые частицы.