中子是電中性的，所以當用中子輻照試樣時，中子與靶核之間不存在庫侖斥力，一般通過核力與核發生相互作用。核力是一種短程力，作用距離為10-13厘米，表現為極強的吸引力。中子接近靶核至10-13厘米時，由于核力作用，被靶核俘獲，形成復合核。復合核一般處于激發態（用*表示）,壽命為10-12～10-16秒，它通過各4種方式退激發，可用下式表示：
中子與靶核碰撞時，有三種作用方式：①彈性散射，靶核與中子的動能之和在散射作用前后不變，這種作用方式無法應用于活化分析；②非彈性散射，若靶核與中子的動能之和在作用前后不等，則該能量差導致復合核的激發，引起非彈性散射，此時生成核為靶核的同質異能素，一些同質異能素的特征輻射可通過探測器測定，這種作用方式可用于活化分析；③核反應，若靶核俘獲中子形成復合核后放出光子，則被稱為中子俘獲反應，即(n,γ)反應，這就是中子活化分析利用的主要反應，此外(n,2n)、(n,p)、(n,a)和 (n,f)等反應也可用于中子活化分析。
中子輻照試樣所產生的放射性活度取決于下列因素：①試樣中該元素含量的多少，嚴格地講，是產生核反應元素的某一同位素含量的多少；②輻照中子的注量；③待測元素或其某一同位素對中子的活化截面；④輻照時間等。（見活化分析）