شکافت هسته‌ای (به انگلیسی: Nuclear fission) فرآیندی است که در آن یک اتم سنگین مانند اورانیوم به دو اتم سبکتر تبدیل می‌شود. وقتی هسته‌ای با عدد اتمی زیاد شکافته شود، بر پایه فرمول اینشتین، مقداری از جرم آن به انرژی تبدیل می‌شود. از این انرژی در تولید برق (در نیروگاه هسته‌ای) یا تخریب (سلاح‌های هسته‌ای) استفاده می‌شود.
برای ایجاد شکافت هسته‌ای نیاز به بمب باران نوترونی است. یعنی نوترونی را که سرعت آن با سرعت نور برابری می‌کند توسط آبهای سنگین کاهش سرعت پیدا کنند تا بعد از ناپایدار شدن هسته اتم، انم نجزیه شود.(در اورانیوم پس از تجزیه عناصر باریم و کریپتون و ۲/۵ عدد نوترون پس داده می‌شود.)
اوتوهان زمانی که قصد داشت از بمباران اورانیوم با نوترون آن را به رادیم تبدیل کند دریافت که به اتم بسیار کوچک‌تری دست یافته‌است. در تمام واکنش هسته‌ای که تا ان زمان شناخته شده بود تنها ذرات کوچک از هسته جدا می‌شدند اما این بار یک تقسیم بزرگ رخ داده بود. لایز میتنر و اوتو فریش دریافتند که فراوردهٔ این بمباران نوترونی باریم است و جرم هر اتم اورانیم هنگام تبدیل شدن به ذرات کوچک‌تر به اندازهٔ یک پنجم جرم یک پروتون کاهش می‌یابد و این جرم مطابق رابطهٔ اینشتین E=mc² به انرژی تبدیل شده‌است. به خاطر شباهت این پدیدهٔ تقسیم هسته با تقسیم سلولی میتنر و فریش آن را شکافت نامیدند. مقالهٔ این یافته در یازدهم فوریهٔ ۱۹۳۹ در نشریهٔ نیچر با عنوان «واکنش هسته‌ای نوع جدید» منتشر شد.
در تصویر اتم اورانیم-۲۳۵ دیده می‌شود که پس از برخورد یک نوترون متلاشی شده و پرتوهای رادیو اکتیو از خود صادر می‌کند. سپس به دو عنصر باریم-۱۴۱ و کریپتون-۹۲ تقسیم شده و به پایداری می‌رسد و در ضمن ۲/۵ عدد نوترون دیگر آزاد می‌کند که هر یک موجب شکافت یک هستهٔ اورانیوم دیگر می‌شوند و این واکنش زنجیره‌ای مرتب ادامه پیدا می‌کند.