Η αλυσιδωτή αντίδραση είναι η σχάση των πυρήνων ενός ραδιενεργού υλικού που ανατροφοδοτείται από τα νετρόνια που εκλύονται από προηγούμενες σχάσεις πυρήνων του ίδιου υλικού.

Όταν ένας ασταθής πυρήνας (π.χ. του ουρανίου) βομβαρδίζεται από νετρόνια υφίσταται την λεγόμενη πυρηνική σχάση, διασπάται δηλαδή σε δυο νέους πυρήνες, με παράλληλη απελευθέρωση ενέργειας και θραυσμάτων (μεταξύ άλλων νετρονίων). Αυτά τα νετρόνια μπορούν να προκαλέσουν σχάση σε γειτονικούς πυρήνες, και αυτό συνεχίζεται ακατάπαυστα. Το αποτέλεσμα αυτής της σχάσης είναι η έκλυση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας, νετρονίων και άλλων σωματιδίων.

Η αλυσιδωτή αντίδραση είναι η αρχή λειτουργίας της πυρηνικής βόμβας. Επίσης είναι και αρχή λειτουργίας των πυρηνικών αντιδραστήρων, όπου όμως χρησιμοποιούνται οι λεγόμενοι επιβραδυντές προκειμένου να ελεγχθεί ή και να σταματήσει εντελώς η αλυσιδωτή αντίδραση. Σκοπός των επιβραδυντών είναι η "εξουδετέρωση" των νετρονίων που κυκλοφορούν μέσα στον αντιδραστήρα, προκειμένου είτε να πραγματοποιείται σχάση στον επιθυμητό ρυθό, είτε να σταματήσει εντελώς η σχάση και η παραγωγή νέων νετρονίων. Με αυτό τον τρόπο πετυχαίνουν οι επιστήμονες μία ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση. Αντίθετα, στα πυρηνικά όπλα δεν υπάρχει τέτοιος περιορισμός, οπότε ολόκληρο το πυρηνικό υλικό που περιέχεται αντιδρά ταχύτατα απελευθερωνοντας ενέργεια και ακτινοβολία.