Nevtronska aktivacijska analiza (NAA) je zelo občutljiva in natančna metoda za določanje elementov, prisotnih v vzorcu materiala. Vzorec je usmerjen z nevtroni iz radioaktivnega vira. To povzroči, da številni prisotni elementi oddajajo gama žarke na določenih frekvencah, po katerih jih je mogoče identificirati. Na ta način je mogoče zaznati okoli 65 različnih elementov. Je ena najbolj uporabnih znanstvenih tehnik za raziskovanje elementarne sestave vzorcev in ima številne aplikacije v analitični kemiji, geologiji, forenziki in drugih področjih.
Ko nevtron zadene jedro atoma, se pogosto absorbira, tvori težji izotop in oddaja žarke gama. V mnogih primerih so ti izotopi nestabilni in bodo po kratki zamudi razpadli v drug, lažji izotop, pri čemer bodo oddajali enega ali več gama žarkov pri energijah, ki so značilne za ta izotop. Na primer, najpogostejši izotop natrija – natrij-23 – lahko absorbira nevtron in tvori nestabilen izotop natrij-24, ki nato razpade v magnezij-24 in oddaja dva gama žarka pri določenih energijah. Z merjenjem energij gama žarkov in oddane količine je mogoče določiti prisotne elemente in njihovo številčnost v vzorcu. Začetni žarek gama, ki se odda takoj, ko se nevtron absorbira, je znan kot hitri gama žarek, običajno pa se merijo zakasnjeni gama žarki.
Nevtronska aktivacijska analiza je zelo občutljiva tehnika. Elemente lahko zazna pri enem delu na milijon ali manj, v nekaterih primerih pa tudi do enega dela na milijardo. Metoda je tudi zelo vsestranska, saj lahko analizira vzorce v trdni, tekoči in plinasti obliki ter lahko obdeluje velikosti vzorcev do 0.000035 unč (0.001 grama).
Vir nevtronov je včasih znan kot nevtronska havbica. Ko so nekateri lahki elementi izpostavljeni alfa delcem, njihova jedra oddajajo nevtrone. Za ta namen je še posebej primeren element berilij. Z mešanjem berilija z virom alfa delcev, kot sta plutonij 239 ali radij 226, lahko ustvarimo močan vir nevtronov. To je lahko obdano z ustrezno zaščito pred sevanjem, vendar z odprtino, kjer lahko izstopajo nevtroni.
Kot vir nevtronov se uporabljajo tudi jedrski reaktorji. V ZDA v Oak Ridgeu v Tennesseeju izotopski reaktor z visokim pretokom (HFIR) zagotavlja vir nevtronov v nacionalnem laboratoriju Oak Ridge, zaradi česar je glavno središče za analizo nevtronske aktivacije. Radioaktivne elemente, ki proizvajajo nevtrone z jedrsko cepijo, na primer kalifornij-252, je mogoče uporabiti tudi v manjšem obsegu, kar omogoča uporabo nevtronskih virov velikosti namizja.
Nevtronska aktivacijska analiza ima širok spekter uporabe. Uporablja se lahko v predelovalni industriji za odkrivanje nečistoč v kovinah, v biologiji za raziskovanje metabolizma elementov v sledovih, v geologiji za analizo vzorcev kamnin in tal ter v forenziki za pridobivanje ključnih informacij iz vzorcev kraja zločina. Eden od dobro znanih specifičnih primerov nevtronske aktivacijske analize v akciji je ugotovitev, da so vsi delci krogle s prizorišča atentata na Johna F. Kennedyja izvirali iz istih dveh krogel, izstreljenih iz iste pištole. Drug primer je bilo odkritje plasti usedline, bogate z iridijem, na meji med kredni in terciarnim geološkim obdobjem, kar kaže na velik udarec meteorita, ki je bolj ali manj sovpadal z dogodkom množičnega izumrtja, ki je zaznamoval propad dinozavrov.