Sự thay đổi hạt nhân là sự thay đổi cấu trúc của hạt nhân nguyên tử. Điều này có thể xảy ra khi bổ sung các hạt (như với phản ứng tổng hợp), loại bỏ các hạt (như với sự phân hạch) hoặc sự phân rã tự phát của nguyên tử từ đồng vị này sang đồng vị khác.
Trong phản ứng tổng hợp, hai nguyên tử của một nguyên tố tương đối nhẹ va chạm với động năng đủ để các hạt nhân của chúng hợp nhất, hoặc hợp nhất, thành một nguyên tố mới, tương đối nặng. Sự phân hạch là một quá trình ngược lại. Trong quá trình phân hạch, một hạt nhân nặng tách ra và phát ra năng lượng, tạo thành hai nguyên tử nhẹ hơn trong quá trình này.
Một kiểu thay đổi hạt nhân khác liên quan đến sự biến đổi tự phát của một proton thành một neutron hoặc một neutron thành một proton. Quá trình này có thể thay đổi số đồng vị của một nguyên tố hoặc có thể chuyển nguyên tử của một nguyên tố này thành nguyên tử của nguyên tố khác.
Không nên nhầm lẫn những thay đổi hạt nhân với những thay đổi hóa học. Các biến đổi hóa học xảy ra khi các electron của nguyên tử tương tác với nhau theo những cách mới. Trong quá trình biến đổi hóa học, hạt nhân của các nguyên tử liên quan không bị thay đổi theo bất kỳ cách nào. Tuy nhiên, đối với những thay đổi của hạt nhân, về cơ bản, các electron không được quan tâm, vì chúng đóng rất ít hoặc không đóng vai trò gì trong các quá trình diễn ra trong lòng nguyên tử.
