重离子和原子核之间的碰撞称为重离子核反应，重离子是指质量数或电荷数超过α粒子的被加速了的原子核。重离子核反应研究的领域和范围是随着加速器技术不断进步而发展着的。

重离子反应是加速质量大于a粒子的离子轰击原子核引起的反应 。重离子能够产生的核反应种类比轻离子要多得多，并在某些重要方面与轻离子核反应有很大差别。重离子相对运动的德布罗意波长（见波粒二象性）很短，典型的量级只有 0.1飞米（fm），比原子核的半径小得多，重离子碰撞过程的典型情况可以利用经典粒子碰撞的轨道图像来描述。

20世纪60年代中期以来，人们先后通过重离子核反应合成了各种元素（Z=102～109），并用于远离 β稳定线的核素以及高激发态、高自旋态核的研究。从60年代中期到70年代初期，重离子核反应逐步成为获得人工合成超钔元素的主要手段。

重离子核反应中会涉及库仑力、泡利阻塞、平均场和核子-核子碰撞等。

在较低能区，重离子物质波长较长，核核碰撞截面较大，但大部分都会被泡利阻塞。此时，平均场起主要作用，重离子碰撞主要体现为一体运动的性质。

在较高能区，重离子物质波长较短，核核碰撞截面下降，但泡利阻塞作用急剧地下降，两次碰撞间核子受平均场演化的时间随能量上升而下降。此时，核核碰撞起主要作用，能量较高时可以用只考虑核核碰撞的级联模型来研究重离子碰撞过程。

在相对论能区，高温高密状态伴随着粒子的产生和湮灭，核核碰撞消失。中低能区的平均场与核物质状态方程直接相关，核物质的状态则表现于平均场的强度及其密度温度等依赖性。

一般按照能量将重离子核反应分为：

重离子反应形成的复合核的角动量大。对这些高自旋转动态，实验发现，转动惯量与转动角频率的平方严重偏离线性关系。转动惯量随转动角频率平方的变化曲线呈现S形，这种现象叫做转晕现象。对转晕现象，有人认为，随着转动能级自旋的增加，科里奥利力使对关联破坏，原子核从“超导态”相到“正常态”，从而发生转动惯量的异常变化。