Ускори́тели тяжёлых ио́нов, установки для получения пучков ионов химических элементов тяжелее лития в широком диапазоне масс, энергий и интенсивностей. Ускорение тяжёлых ионов на циклотроне впервые осуществлено в 1940 г. Л. Альваресом (в СССР – в 1960 под руководством Г. Н. Флёрова). Ныне в качестве ускорителей тяжёлых ионов применяют несколько типов ускорителей. Для ионной имплантации используются электростатические ускорители и ускорители на основе ВЧ-резонаторов. В ядерной физике и при производстве трековых (ядерных) мембран основным типом ускорителей тяжёлых ионов являются циклотроны. Для получения пучков тяжёлых ионов с энергией выше нескольких сотен мегаэлектронвольт на нуклон используются синхротроны. Первым протонным синхротроном, переоборудованным для ускорения тяжёлых ионов, был синхрофазотрон ОИЯИ (г. Дубна); полученные на нём результаты привели к формированию релятивистской ядерной физики. Максимальная энергия тяжёлых ионов (2,76 ТэВ на нуклон) получена на Большом адронном коллайдере (ЦЕРН) для свинца.

Пучки ионов, полученные на ускорителях тяжёлых ионов, применяют при ионной имплантации, производстве трековых мембран, в ядерной физике (включая синтез и изучение свойств сверхтяжёлых элементов), физике высоких плотностей энергии, при решении проблем осуществления инерциального термоядерного синтеза, при изучении радиационной стойкости изделий электронной техники, в исследованиях влияния ионизирующих изучений на биологические объекты, в терапии онкологических заболеваний и других областях.