用化学方法和实验核物理技术研究高能核反应的核化学分支学科。
高能核化学起始于20世纪40年代美国加利福尼亚大学辐射实验室的同步回旋加速器建成之后。该加速器能将质子、氘核和α粒子分别加速到340、190和380兆电子伏。当时的工作包括制备新核素并研究其性质，研究各种高能核反应截面与粒子能量的关系（即激发函数），以及研究高能核反应的产物核的反冲性质（即反应中动量转移）等。在高能核反应机理方面，还提出了塞贝模型。
1951年在美国芝加哥大学建成了另一台同步回旋加速器，加速质子的能量达到440兆电子伏，由这些质子产生的次级π介子及其衰变产物μ子也被用作轰击粒子来研究由它们引起的核反应。
20世纪50年代中期，前苏联杜布纳联合核子研究所建成了质子能量为680兆电子伏的同步回旋加速器，完成了大量的高能核化学工作。随后，世界各地建立的高能加速器陆续投入使用，粒子的能量越来越高，粒子（包括次级粒子）的种类也越来越多。
高能核化学的研究对象是高能核反应。高能核反应是指轰击粒子为一些高能量（包括中等能量）的粒子并首先使靶核获得较高激发能量的反应。
能量大于1010电子伏的粒子一般称为高能粒子，但通常还包括能量大于108电子伏的电子和中子、每核子能量大于108电子伏的一些轻核、每核子能量约为107电子伏的一些很重的核（如铀核）和由它们产生的光子、π介子等。
通过高能核反应制备新核素是高能核化学的一个内容。生成核处于远离β稳定线（见新核素的合成）的缺中子核素一面，这些核的半衰期很短，必须用快速传输和分离技术将新核从许多种产物核中分离出来并研究和鉴定其性质和结构。测量各种反应的截面和激发函数，以及出射粒子与产物核的质量、电荷、能量和角度（方向）的分布情况，以探索高能核反应机理，也是高能核化学的内容。
测量反应截面，一般须用放射性测量的方法来准确测定照射结束时存在于靶中的某产物核（其质量数和原子序数可用放射化学方法确定）的数目。为了减少由平均寿命（1.443个半衰期）实验值的不准确性所引入的误差，宜选择照射结束后时间为一个平均寿命左右的测量结果，还应对产物核的反冲损失进行校正。
测定产物核能量和角度分布，常采用反冲法。由于动量守恒和能量守恒，在靶内形成的部分产物核具有足够的能量飞出靶外，停留于收集箔中。用放射化学方法分析收集箔中的放射性，可以得到某些产物核的能量和角度分布数据。用固体径迹探测器如聚乙烯和聚碳酸酯膜也可得到类似的数据。