核化学（英语：Nuclear chemistry，又称为核子化学）是研究原子核（稳定性和放射性）的反应、性质、结构、分离、鉴定等的一门学科。例如，研究不同的次原子粒子怎样共同形成一个原子核以及研究原子核之中的物质究竟是如何变化的。
在威廉·伦琴发现X射线之后，很多科学家开始研究把放射线离子化。他们的其中之一就是亨利·贝克勒，他研究磷光与相片板变黑的关系。当贝克勒（在法国工作）发现这个时，没有其他能量来源，铀产生了射线可以令相片板变黑，放射线被发现。玛丽亚·居里（在巴黎工作）与她的丈夫皮埃尔·居里从铀离析了两种新的放射性元素。他们用辐射来识别哪一种是化学离析后放射线的光束；他们把铀离析至各不同已知的化学元素，并量度各元素的放射线。之后他们试图更进一步地离析这些放射性级分去离析一种更活跃的更小的级分。就这样他们离析出了钋和镭。大约1901年，人们发现吸收过多辐射会在人体造成伤害，贝克勒常在袋中带着一个镭的样本，他吸收了过多辐射，因而造成辐射灼伤。
释放α粒子（He-4原子核），核电荷数减少2，质量数减少4。
放射性原子核放射电子（β粒子）和中微子而转变为另一种核。β粒子即为高速电子，衰变之后核电荷数升高1，质量数不变。
Cs-137 _ _ -> Ba-137 + e- + !ve Na-22 _ _ -> Ne-22 + e+ + ve
释放正电子的衰变。衰变之后，核电荷数增加1，质量数不改变。从原子核释放出来的正电子极易与核外的电子相撞和湮灭，从而变为2个光子。医学上常常利用锝发生正电子衰变所获得的光子流来检测血流。
电子捕获，又称逆β衰变或K层俘获。电子与质子结合，成为中子和反电中微子，质量数不变，原子序减少1。
最早的人工核反应是卢瑟福于1919年用Po-214释放的α粒子轰击N-14所完成的。
1934年，约里奥-居里夫妇利用人工核反应制得了P-30，这是自然界中所不存在的磷的同位素。夫妇二人也因此获得了诺贝尔奖。P-30亦会发生正电子衰变，引起了不小的轰动。
生物学家卡尔文利用C-14来研究光合作用中的碳的动态，取得了丰硕的成果。
利用C-14等放射性同位素可以测定年代，对于考古研究有着重要的意义。
核裂变，是指由较重的原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的原子的一种核反应形式。
两个轻原子核聚合成一个较重原子核的核反应。
原子核所具有的质子数于中子数均为偶数时，更为稳定。
原子核分解成为其组成的质子和中子所需要的能量。