1936年N.玻尔提出
复合核模型,解释了大量实验 但到了50年代，由于
粒子加速器的发展，提高了入射粒子的能量，出现了一些与
复合核反应理论预计结果非常不同的情况。例如在1952年第一个质子被重核
非弹性散射实验中发现:出射质子的能谱偏离麦克斯韦分布很大,高能端大大超过复合核反应的理论值，总散射面积比复合核反应理论值大一个数量级。其后，R.艾森伯格等人用31MeV质子对铅 金等重核的散射实验又证实了上述结果，而且发现,在质心坐标系中,出射质子的角分布呈90°不对称，显著地指向前方。以后在
中子非弹性散射、核子电荷交换反应(n,p) (p,n)和氘核的(d,p)反应的实验中都观察到类似结果。实验结果表明，在这些反应过程中，除复合核反应外，还有非复合核反应的成分，即不经过复合核的直接反应，这是入射粒子和靶核的少数自由度发生作用的核反应。
在通常的核反应实验结果中包含了复合核反应和直接核反应两种过程的结果。一般地讲，入射粒子能量低，复合核反应是主要的，角分布基本上 90 对称；当入射粒子能量高，又不处在相应的共振能量附近时，直接核反应是主要的，角分布出现朝前峰。角分布测量是实验上判别这两种反应过程的最重要的方法。
属于直接核反应过程的各种具体反应有：不经过复合核的弹性散射──势（形状）弹性散射、直接非弹性散射、剥裂反应、掇拾反应和敲出反应等。剥裂反应中入射核的某子结构（核子或集团）被靶核俘获，其余部分向外飞出。掇拾反应是剥裂反应的逆反应，即入射核掇拾靶核的某子结构形成出射核。入射核敲出靶核的某子结构，而自身被俘获的反应称为敲出反应（也可以包括弹核未被俘获的情况） 前两者又统称为转移反应 转移反应中，出射核和入射核的动量差较小，使得角分布有朝前峰。在某些特殊转移反应中，如重粒子剥裂反应，角分布有后翘现象。
现在已有能够较好地处理各种直接核反应的各种模型和近似方法。最常用的是扭曲波玻恩近似(DWBA)，它认为入射粒子首先在靶核的平均场（光学势见核反应光学模型）作用之下发生扭曲(不扭曲时称为平面波近似)，尔后同靶核中的核子或集团直接碰撞，引起反应。在很多情况下，这种理论能够较好地同实验符合，通过理论计算同实验结果的拟合，可以确定原子核的
能级的自旋、宇称、组态和激发方式，可以研究核的壳层结构（见核壳层模型），也可以研究集团的成团几率及集团之间的相对运动状态（见核集团模型），得到有关核反应机制、核力、核的形变大小等一系列重要
知识。