利用中子與靶核發生彈性散射或非彈性散射研究靶物質組成和結構的分析方法。彈性散射過程中，n+X啈 X+n，反應能為零。入射中子n和靶核X的狀態均不發生變化，因此中子在任何能量時都可與靶核發生彈性散射。在實驗室坐標系，與中重核及重核發生彈性散射作用後的中子主要是方向變化，但與輕核發生彈性散射作用後，由於靶核的反沖效應，致使中子的動能顯著降低。如與質量數為1的氫核發生彈性散射作用後，中中子的能量降低一半。在非彈性散射過程中，n+X啈 X*+n′＋Q，反應能Q＜0，入射中子n與靶核X發生非彈性散射作用後產生受激核X*，而中子損失為激發該核所需的能量。利用上述原理有可能分析靶物質的組成。中子散射分析特別適用於研究含氫或低原子序數的元素的物質的性質。