Neutronisäde on neutronivirta, joka on subatomisia hiukkasia, joilla ei ole sähkövarausta ja jotka löytyvät positiivisesti varautuneiden protonien ohella kaikkien kemiallisten alkuaineiden ytimistä, lukuun ottamatta yleisintä vedyn muotoa, jossa on vain protoni. Vaikka neutronit ovat stabiileja ytimessä, vapaa neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja toiseksi hiukkaseksi, jota kutsutaan elektroniantineutrinoksi; eristettyjen neutronien puoliintumisaika on hieman yli 10 minuuttia, mikä tarkoittaa, että tämän ajanjakson jälkeen puolet tietyn näytteen neutroneista on rappeutunut. Vapaita neutroneja tuotetaan ydinfissiolla esimerkiksi ydinreaktorissa, ja niitä voidaan tuottaa hiukkaskiihdyttimissä. Neutronisäteellä on monia tärkeitä sovelluksia materiaalitieteessä, lääketieteessä ja turvallisuudessa.
Neutronisäteitä valmistetaan normaalisti neutronigeneraattoreilla, jotka ovat hiukkaskiihdyttimiä, jotka polttavat deuterium- tai tritium -ioneja kohteisiin, jotka sisältävät deuteriumia, tritiumia tai molempia. Deuterium ja tritium ovat vedyn isotooppeja, jotka sisältävät yhden ja kaksi neutronia. Deuteriumin ja tritiumin fuusio tuottaa neutroneja, jotka voidaan keskittyä neutronisädeksi. Tämän tyyppiset neutronigeneraattorit voivat olla suhteellisen pieniä ja kannettavia.
Vaikka useimmat säteilymuodot ovat vuorovaikutuksessa atomiytimiä ympäröivien elektronipilvien kanssa, neutronit, jotka ovat sähköisesti neutraaleja eivätkä sähkömagneettisen säteilyn muotoja, ovat vuorovaikutuksessa vain ytimien kanssa, jotka ovat hyvin pieniä suhteessa koko atomiin. Neutronisäde on siksi hyvin tunkeutuva ja voi näyttää atomien sijainnin materiaalinäytteessä. Toisin kuin röntgensäteet, neutronisäteet voivat helposti tunkeutua raskasmetalleihin, kuten lyijyyn, mutta myös vuorovaikutuksessa kevyiden elementtien, kuten vedyn ja hiilen kanssa. Kvanttiteorian mukaan kaikki subatomiset hiukkaset voivat käyttäytyä aaltoina, joten neutronien aallonpituudet ovat. Tämä mahdollistaa neutronisäteen hienosäädön; sekä säteen aallonpituutta että energiaa voidaan säätää tiettyjen materiaalien havaitsemiseksi.
Neutronisäteiden erityisominaisuudet ovat synnyttäneet laajan valikoiman sovelluksia, erityisesti vaihtoehtoisena kuvantamistekniikkana, jota voidaan käyttää tilanteissa, joissa röntgensäteet eivät ole tehokkaita. Niitä voidaan käyttää materiaalien sisäisten rakenteiden tutkimiseen, kuten metallikomponenttien halkeamien ja onteloiden havaitsemiseen sekä yhdisteiden atomi- ja molekyylirakenteiden määrittämiseen. Niiden kyky havaita kevyempiä elementtejä, mutta kulkea raskaampien läpi mahdollistaa neutronisäteiden käytön turvatarkastuksissa. Ne voivat havaita esimerkiksi piilotetut räjähteet tai radioaktiiviset materiaalit. Neutronisäteillä on myös tärkeitä lääketieteellisiä sovelluksia, erityisesti joidenkin syöpien hoidossa; neutronisädehoito voi tuhota kasvaimia, jotka ovat resistenttejä tavanomaisille sädehoitohoidoille.