中子與原子核相互作用引起的核反應。一般用n+X貞 α+Y或X(n,α)Y來表示。是研究核結構和核反應機制的重要手段之一。1932年發現中子後，對中子與原子核及中子和大塊核物質的相互作用進行瞭廣泛、深入的研究。在此基礎上核能應用得到迅速發展。同原子核子物理學中其他分支相比，中子物理同實際應用結合得更加緊密。中子不帶電，不存在庫侖勢壘的阻擋，這就使得幾乎任何能量的中子同任何核素都能發生反應。實際應用中，低能中子反應往往起著更加重要的作用。
中子核反應主要是研究中子反應截面隨核素變化、中子反應截面隨入射中子能量變化（激發曲線）、中子反應截面隨產物的出射角度變化（角分佈）、中子反應截面隨產物能量的變化（能譜），以及反應截面隨反應產物的角度和能量的變化（雙微分截面）等內容。
根據入射中子能量的大小，中子核反應可分為熱能區、共振區、快中子能區、中能區、高能區。
根據核反應類型，低能中子核反應大致有彈性散射(n,n)、非彈性散射(n,n′)、輻射俘獲(n,γ)、裂變(n,f )以及(n,p)、(n,α),(n,2n)、(n,3n)等幾種。對於中高能中子核反應，還會包含發射更多粒子的反應過程，以及散裂反應、多重碎裂反應等。
通過實驗測量可獲得多種核反應數據。但由於受實驗條件的限制，很多中子核反應數據要通過理論計算而獲得。常用的低能和中能核反應理論模型有共振理論、光學模型、耦合道理論、直接反應理論、蒸發模型、豪塞–費許巴赫理論、予平衡理論、核內級聯模型、量子分子動力學模型等。