原子核が1個または複数の中性子を捕獲して、より重い原子核に変わる反応。熱核融合反応では作ることができない鉄より重い元素（超重核）は、恒星の内部のs過程や、重力崩壊型超新星爆発の際のr過程と呼ばれる中性子捕獲反応で合成されると考えられている。中性子捕獲元素も参照。