核裂變，又稱核分裂，是一種核反應形式，其中較重的原子核（如鈾核或鈈核）分裂成兩個或多箇質量較小的原子核。這個過程會同時釋放出巨大的能量，這些能量被稱爲原子核能，俗稱原子能。在覈裂變過程中，原子核吸收一箇中子後會分裂成兩個或更多個質量較小的原子核，並同時釋放出二到三個中子，這些中子又能引起其他原子核的裂變，形成所謂的鏈式反應。
核裂變的能量釋放非常大，例如1千克鈾-235的完全裂變可以產生相當於20,000兆瓦小時的能量，這與燃燒至少2000噸煤釋放的能量相當。核裂變的例子包括原子彈和核能發電廠的能量來源。
此外，核裂變也可以在沒有外來中子的情形下自發發生，這種核裂變稱爲自發裂變，是放射性衰變的一種，僅存在於幾種較重的同位素中。