核反应（英语：Nuclear reaction）指的是某种微观粒子与原子核相互作用（碰撞）时，使核的结构发生变化，形成新核，放出一个或几个粒子的过程；重核可以发生裂变。

从原子物理学上来说，参与核反应碰撞的粒子数目可以超过两个，但因三个以上的粒子在同一时间在同一位置相撞的几率远低于两个粒子，因此实际上这种情况几乎不会出现。（从 E = m c 2 {\displaystyle \mathrm {E} =\mathrm {mc} ^{2}} 可换算能量与质量关系）

任何核反应都遵从质能守恒、能量守恒、电荷守恒等守恒定律，但不遵守质量守恒定律。

历史上第一个人工核反应是由新西兰物理学家卢瑟福在1919年实验成功，他用α粒子撞击氮元素，产生了核反应：

14N + α → 17O + H

直至今日，透过利用加速器和原子核反应堆，已经实现上万种核反应，由此获得千余种放射性同位素和各种介子、超子、反质子、反中子等粒子。