Neutronisäteily on eräänlainen ionisoiva säteily, jota esiintyy useimmiten ydinreaktoreissa ja ydinpommeissa. Se koostuu neutroneista, neutraaleista subatomisista hiukkasista, jotka muodostavat atomien ytimen yhdessä protonien kanssa. Neutronit löytyvät kaikista alkuytimistä vetyä lukuun ottamatta. Neutronisäteily on terveysriski, ja sitä pidetään neljänneksi tärkeimpänä säteilylajina alfa-, beeta- ja gammasäteiden jälkeen.
Neutronisäteily ja itse neutroni löydettiin 1930 -luvun alussa James Chadwickin, Walter Bothe’n, Herbert Beckerin ja muiden tekemien kokeiden avulla. Säteily vapautettiin pommittamalla metalliberylliumia alfahiukkasilla. Chadwickin huolellinen työ neutronin olemassaolon todistamisessa ansaitsi hänelle vuoden 1935 fysiikan Nobel -palkinnon.
Kuuluisin neutronisäteilyn rooli maailmanhistoriassa on peräisin vuodesta 1942, jolloin maailman ensimmäinen ydinreaktori, Chicago Pile-1, rakennettiin Chicagon yliopiston stadionin alle. Tiedemiehet olivat teorian mukaan vapauttaneet energiaa pommittamalla epävakaita uraanin ytimiä neutroneilla. Lisäksi hajottamalla nämä uraanin ytimet (halkaisemalla) itsensä ylläpitävä ketjureaktio voitaisiin aloittaa. Tämän lopullinen muoto on ydinpommi, jossa erittäin nopea ydinreaktioiden sarja vapauttaa huomattavan määrän ydinenergiaa rikastetun uraanin ytimeen, joka riittää räjäyttämään kokonaiset kaupungit. Ennen 1940 -luvun alkua harva tiedemies, puhumattakaan suuresta yleisöstä, olisi voinut kuvitella näin voimakkaan räjähdysaineen tai energialähteen.
Neutronisäteilyllä on taipumus imeytyä kohdemateriaalinsa ytimiin, jolloin se muuttuu radioaktiiviseksi. Suurin osa ydinpommin räjähdyksen aikana syntyvästä radioaktiivisesta materiaalista syntyy tällä tavalla. Kun ihmiset altistuvat liikaa neutronisäteilylle, se voi itse asiassa muuttaa lihansa radioaktiiviseksi ja tappaa nopeasti valitettavan ihmisen. Tämä on neutronipommin periaate, ase, joka on suunniteltu vapauttamaan suuria määriä neutronisäteilyä suhteellisen vähän lämpöä tai valoa. Neutronipommi on ydinräjähde, joka tappaa ihmisiä ja eläimiä, mutta jättää rakenteet koskemattomiksi.