תגובות גרעיניות, המכונות גם תהליכים גרעיניים, הן תהליכים שבהם גרעיני האטומים והתתי אטומים משתלבים ומתמרים. הגרעין יכול גם להתפצל, שיכול לקבוע את סוג התגובה הנחקרת. אלה יכולים להיות גם אקסותרמיים, כלומר במהלך השינויים הפתאומיים שהוא עובר, הם משחררים כמויות גדולות של אנרגיה, ואנדותרמיים, כאשר האנרגיה, להיפך, נקלטת; זה תלוי בשאלה אם הם זקוקים לייצור אנרגיה או שמא, הם נוצרים רק כדי להוציא אנרגיה. אנחנו יכולים לדבר גם על תגובת שרשרת גרעינית, כזו שנגרמת על ידי ביקוע (תגובה גרעינית), אשר נויטרון גורם לאטום בקיע.
בין הכוחות המתערבים בתהליך התגובה הגרעינית ישנם: גרעיני חזק: הכוח הוא שמקיים את קשרי הגרעין; כפי שהתגלה על ידי כמה מדענים, זהו הגרסא בסדר גודל כזה הידוע ביותר בטבע. לגרעין החלש מצידו תפקיד דומה לזה שכבר הוזכר; בדרך כלל לטווח זה קצר מאוד והוא חזק פי 1013 מהחזק הגרעיני. אלקטרומגנטית חזקה פי 100 בלבד מגרעין חזק; יש לו היקף אינסופי. כוח הכבידה, מצדו, הוא כוח חלש וטווח קצר מאוד, אולם הוא תמיד מושך; אין לה השפעה רבה על התגובות מכיוון שהיא חלשה פי 1038 מזו הגרעינית החזקה.
בתגובות גרעיניות מעורבים סוגים מסוימים של פרוטונים, כמו: בוזונים, פרמיונים, הדרונים (המחולקים למזונים ובריונים), לפטונים, קווארקים ואנטי-חלקיקים.
