利用核反應測定樣品表層的含量及深度分佈的一種分析方法。用帶電粒子、中子和γ射線都可以引起核反應，在核反應分析中通常利用加速器產生的具有一定能量的離子束轟擊樣品，離子同樣品中待分析的核發生核反應，測量反應過程中瞬發放出的反應產物(出射粒子)，就可以實現元素定量分析。
原理 在原子核反應中，當入射粒子的種類和能量確定後，核反應產生的出射粒子的能量同樣品中引起反應的核（靶核）性質有關。。用高分辨率探測器，結合粒子鑒別技術，分析出射粒子能譜，根據出射粒子峰的能量和強度，可識別靶核的種類並確定其含量。核反應能譜又同入射粒子和出射粒子在樣品中的電離能量損失有關。在樣品不同深度處發生反應，產生的出射粒子有不同的能量；而出射粒子的強度同該深度處靶核的含量有關。對於核共振反應，改變入射粒子能量，反應將發生在樣品的不同深度，共振反應產額同該處的靶核含量成正比。因此，分析核反應能譜或共振核反應產額曲線可以得到元素的深度分佈。
實驗方法 核反應分析實驗中常采用能量在 0.5～5MeV的p+、d+、4He+等帶電粒子。一般用金矽面壘型探測器探測核反應產生的帶電粒子，用Nal(Tl)晶體或Ge(Li)探測器探測γ射線（見半導體探測器）。分析系統同電子計算機連接，可以實現數據自動處理。
分析方法 分絕對法和相對法。絕對法是根據核反應產額同截面、靶元素含量、入射離子數目、探測立體角等的關系，利用已知的核反應截面計算。相對法是比較在相同實驗條件下待測樣品和標準樣品的產額或能譜實現的。
特點 核反應分析不僅可作元素的定量分析，而且可測量樣品表面或近表面處元素的深度分佈。入射帶電粒子束可以聚焦，用聚焦後的微束掃描能夠進行微區分析。利用重離子核反應（見重離子核物理）對同位素靈敏，可有極高選擇性，也是目前分析氫元素在樣品中分佈的有效方法。選擇好的實驗條件可以實現兩種以上元素的同時分析。分析的絕對靈敏度一般為 10-7～10-8g，高的可達10-10g；相對靈敏度一般在百萬分之幾百，高的可達百萬分之幾。分析深度一般在幾微米到幾十微米，深度分辨率在10～100nm，可達2nm。
應用 主要用於表面或近表面分析，瞭解樣品的元素成分和雜質分佈隨深度的變化。自1962年利用氧-18示蹤研究陽極上氧化鋁中氧的轉移情況以後，核反應分析技術越來越廣泛地應用於各個領域。目前，主要在固體物理中研究擴散現象、薄膜生長機理、表面微量沾污、離子摻雜等，在冶金學中研究金屬改性、腐殖現象、表面雜質含量等；在材料科學和半導體工業中對氧化現象、腐殖現象的研究，離子註入器件的分析等；此外，在地質、考古、天體物理及生物醫學等方面也越來越多地得到應用。