對核轉變過程中高能熱原子逐步丟失能量的過程及發生化學反應的歷程的描述。它是熱原子化學理論研究的一個主要課題。核轉變過程中生成的反沖熱原子，具有遠遠超過化學鍵能的動能。這樣的高能熱原子，不經過相當程度的冷卻，是不能形成新的化學鍵而結合為新化合物的，隻有在失掉相當多的能量之後，才能形成新的化合物。
1947年美國放射化學傢W.F.利比對熱原子的冷卻過程提出瞭著名的檯球模型。他假定反沖熱原子是剛性的彈子球，與周圍介質分子中的原原子，做無序的彈性碰撞。每做一次碰撞，就丟失一部分能量，直到丟失瞭大部分能量而接近於分子熱運動的能量時，才與四周的分子碎片結合成一個放射性標記的分子。
根據利比的理論，大體上可以將熱原子反應按其能量劃分為三類：
① 真熱反應 反沖熱原子隻經過少數幾次碰撞，丟失瞭一部分能量後，在較高能量下發生的直接反應。
② 超熱能反應 熱原子冷卻到能量高於周圍介質的熱能，約相當於化學鍵能的二、三倍時所發生的反應。
③ 熱能反應 熱原子冷卻到與周圍介質達到熱平衡之後，在較低能量下與分子碎片發生的復合反應。
50年代以來，在大量的實驗基礎上，不斷地提出瞭一些描述熱原子化學反應過程的理論模型，其中有些模型已能對一些簡單的氣相體系的熱原子反應機理作些定量的描述。