中子活化指将样品用中子照射后，样品中原子经中子俘获而变得具有放射性的过程。俘获中子后的原子核通常会立即衰变，释放出中子、质子或阿尔法粒子同时生成新的活化产物。这些活化产物半衰期或长或短，从几秒钟到几十年都有可能。核素钴-60就是通过中子俘获反应在核反应堆中制备钴-60释放出电子和伽马射线衰变成镍-60，半衰期为5.27年。因为其天然同位素钴-59丰度为100%且容易获得，因此钴-60成为一种易得、有效的放射源，广泛用于放射性治疗。某些核素俘获中子后会发生核裂变。轻元素中，只有铍-9能吸收快中子，发生这样的裂变：在中子通量高的地方，比如在核反应堆中，中子活化会引起材料的腐蚀。反应堆的内衬材料必须定时更换，换下来的内衬必须按照低放射性废物处理。某些材料不易活化，所以合理选择内衬材料可以减轻腐蚀问题，降低泄露风险。某些元素极难以中子活化，因为它们俘获中子之后会变成更重但稳定的核素。这类元素包括氢、氦、碳、氮、氧、氖、硅、钛、铬、铁和铂。镁、氪和水银俘获中子之后，要么生成长寿核素，要么只有低于10%的原子受到活化。要活化这些元素，中子通量必须足够高。这些性质具有重要的实用意义。比如蒸汽和水只有在溶解了放射性溶质或与放射性物质混合后才会有放射性。因为水很难活化，只要蒸馏便可以除去放射性污染。同理，生命过程中的大部分分子都很难被中子活化。当然这并不是说生物体可以抵抗中子辐射。中子活化的实际应用是中子活化分析，一种高灵敏度的痕量分析方法。如果用高通量中子流（如核反应堆中，通量约为1011~1014n.cm-2.sec-1）约可检测至0.1 ppb的浓度。加速器所生的低通量快中子也可检测约1 ppm浓度。实际应用中，检测灵敏度应随实验的条件以及被测核素而有所不同。中子活化分析还很少需要或不需要样品制备环节，对于复杂物质的分析得心应手。最后，中子活化分析是一种“无损”分析法，可以做表面和微区分析，因此可以用来分析古董、艺术品以及法医鉴定。这种分析方法是1936年由乔治‧德‧海韦西（George Hevesy）和希尔德‧李维（Hilde Levi）首创。