用化學或物理的方法使放射性物質（見放射性）與穩定物質分離或幾種放射性物質彼此分離的技術。在核燃料生產、核燃料後處理、放射性核素生產、放射性標記化合物合成、核化學研究和放射性核素的分析方面，都會遇到放射化學分離。
特點 放射化學分離過程的特點是：①大多數放射性物質以微量或低濃度狀態存在，如10毫升含有104貝貝可鈷60的溶液中，鈷60僅2.4×10-10克，濃度為3.9×10-10摩爾/升，這樣少量的鈷60很容易被容器表面吸附或被沉淀載帶失去，因此通常要使用載體。②放射性物質不斷進行放射性衰變，如果研究的放射性核素半衰期較短，就必須迅速完成分離，否則最後可能毫無收獲。例如，鈁210的半衰期為3.18分，通過核反應生成的鈁210如果經過10分鐘才分離完畢，則即使分離過程收率為100％，所得的鈁210量也隻有起始量的11.3％；對於半衰期為幾秒的放射性核素，隻有依靠專門擬訂的快速化學分離方法才能證明它們的存在或進行研究。③放射性物質的毒性及其輻射對人體有傷害作用，使化學處理必須在特殊的防護條件下進行，增加瞭操作的困難。④核性質和輻射效應可能引起一些特殊問題，如處理鈾235或钚239等易裂變核素時，存在臨界問題，即隻能在低於規定濃度或少於相應質量下操作，否則要產生超臨界事故，造成重大的損失；又如，鋦242衰變速率較快，放出的α粒子能量為6.1兆電子伏，1克鋦242釋放能量的功率為121瓦，可使金屬鋦242熔化；再如，輻射可能使分離過程中使用的試劑發生輻射化學變化。
方法 放射化學分離的方法通常有：共沉淀、溶劑萃取、離子交換色譜（見色譜法）、電化學分離、核反沖、揮發、蒸餾、快速化學分離等方法。
共沉淀法 加入載體後進行沉淀分離。曾用鋇和鉍作為載體進行共沉淀，分離和發現瞭元素鐳和釙。現在廣泛應用有機化合物作為沉淀劑，分離放射性核素。常用的有機試劑是酸或螯合劑（見螯合作用），它們與金屬離子生成鹽或螯合物形式的沉淀。
溶劑萃取法 根據待分離物質在兩種不互溶溶劑中分配系數的差別實現分離。例如，用30％磷酸三丁酯-煤油溶液使水溶液中的鈾(Ⅵ)和钚(Ⅳ)與大部分裂變產物分離，鈾、钚進入有機相，裂變產物留在水相。溶劑萃取法操作簡便，易於多級連續操作，選擇性好，回收率高，在核燃料生產和後處理及放射化學研究中應用廣泛。
離子交換色譜法 根據待分離物質在離子交換樹脂上吸附能力的差別實現分離。先將待分離物質吸附在樹脂上，然後用各種淋洗劑將被分離物呈色譜狀淋洗下來，由於各種分離物質與淋洗劑間的作用程度也有差別，擴大瞭分離的效果。離子交換色譜是吸附色譜的一種（其他色譜方法也可用來分離放射性物質），離子交換樹脂作為固定相，淋洗劑作為流動相。離子交換色譜法在钷和超钚元素的發現和研究中起瞭很大的作用，在裂變產物和其他放射性核素的分離及核燃料生產中是一種重要的分離方法。此法設備簡單，易於實現自動化，分離效率高。（見離子交換）
電化學分離方法 通過電化學置換、電解析出和電泳過程使放射性物質分離。釙在銀、鉍和銅等金屬片上置換析出是最早用於放射性物質分離的電化學方法。每種元素的特定價態轉變成單質或其他價態時，有相應的標準電極電位（勢），電位大的金屬離子容易被置換出來。通常置換的機理比較復雜，除瞭電化學過程外，還會發生吸附、混晶和離子交換等過程，不容易估測分離效果。在一定外加電壓條件下，也可以借助電解使金屬離子還原成金屬析出。對於微量放射性元素，隻有當電壓超過該元素離子的沉積電位時，離子才能在陰極上析出，金、銀、鉍、汞、鉛等均能以單質形式電解析出。為瞭達到良好的分離，可用控制陰極電位的方法。濃度很低時，電解過程比較復雜，因此一般要加入載體。電解法分離的選擇性比較差，需要的時間較長。
電泳是離子在溶液中沿電場力作用方向移動的現象。由於各種離子的電荷數與離子半徑的比值不同，在相同電場力作用下，過一定時間後，移動的距離不同，可以取得分離效果。如將滴有钚(Ⅳ)和镅(Ⅲ)的色層紙條放在檸檬酸溶液中，在16伏/厘米的電場中進行電泳3小時，則钚遷移50毫米，而镅移動瞭100毫米。電泳法需要時間很長。
核反沖法 核反應或核衰變過程中由於接受或放射粒子，核自身受到反沖而脫離原來的物相，從而實現分離。離開原來物相的反沖核進入氣相時一般帶有正電荷，這是因為反沖原子的電子殼層中失去瞭一些電子。利用電場可以方便地收集氣相中帶電荷的反沖核，此法在早期研究放射性元素氡的衰變產物──放射性淀質──時起過重要作用。發現和鑒定鍆及其後面的一些重元素，也采用瞭核反沖分離法。這種方法迅速簡便，在某些情況下選擇性較好。
揮發法 利用物質的沸點或升華點不同而實現分離。如乏燃料（見核燃料循環）中鈾、钚和裂變產物可以氟化生成氟化物，由於六氟化鈾和六氟化钚均易揮發，可以與不易揮發的一些裂變產物分離；裂變產物中產生的另一些易揮發氟化物則通過其他過程再與鈾、钚分離。此法的選擇性較差。
蒸餾法 利用不同元素單質或化合物的蒸氣壓差別實現分離。如砷、汞、銻、硒、錫和鍺的鹵化物蒸氣壓較高，可用蒸餾法將它與其他元素的化合物分離。鈾的裂變產物中釕也能以四氧化釕的形式被蒸餾出來，蒸餾分離一般要用載體。此法分離的效果較好，但需時較長，且適用的元素種類較少。
快速化學分離法 以分離時間短促為特征的一類分離方法。是針對研究短半衰期放射性核素的要求而研究和制訂出來的。（見快化學）
實際操作中一般根據分離的對象、規定的要求和實驗室的條件等來選擇放射化學分離方法。例如，分離或鑒定半衰期特別短的核素時，迅速是首要的，因此反沖法、熱色譜法和快速流體載帶法優先被采用。如果要分離的核素半衰期長、經濟價值高或向環境排放會引起嚴重後果，則應選用收率高、簡便而又安全的分離方法，如萃取法、離子交換色譜法和電化學法等。有時，要分離的核素與多種核素混在一起，而又要求產物具有較高的純度，則必須采用選擇性最佳的分離方法。