用化学或物理的方法使放射性物质（见放射性）与稳定物质分离或几种放射性物质彼此分离的技术。在核燃料生产、核燃料后处理、放射性核素生产、放射性标记化合物合成、核化学研究和放射性核素的分析方面，都会遇到放射化学分离。
特点放射化学分离过程的特点是：①大多数放射性物质以微量或低浓度状态存在，如10毫升含有104贝可钴60的溶液中，钴60仅2.4×10-10克，浓度为3.9×10-10摩尔/升，这样少量的钴60很容易被容器表面吸附或被沉淀载带失去，因此通常要使用载体。②放射性物质不断进行放射性衰变，如果研究的放射性核素半衰期较短，就必须迅速完成分离，否则最后可能毫无收获。例如，钫210的半衰期为3.18分，通过核反应生成的钫210如果经过10分钟才分离完毕，则即使分离过程收率为100％，所得的钫210量也只有起始量的11.3％；对于半衰期为几秒的放射性核素，只有依靠专门拟订的快速化学分离方法才能证明它们的存在或进行研究。③放射性物质的毒性及其辐射对人体有伤害作用，使化学处理必须在特殊的防护条件下进行，增加了操作的困难。④核性质和辐射效应可能引起一些特殊问题，如处理铀235或钚239等易裂变核素时，存在临界问题，即只能在低于规定浓度或少于相应质量下操作，否则要产生超临界事故，造成重大的损失；又如，锔242衰变速率较快，放出的α粒子能量为6.1兆电子伏，1克锔242释放能量的功率为121瓦，可使金属锔242熔化；再如，辐射可能使分离过程中使用的试剂发生辐射化学变化。
方法放射化学分离的方法通常有：共沉淀、溶剂萃取、离子交换色谱、电化学分离、核反冲、挥发、蒸馏、快速化学分离等方法。
1.共沉淀法。加入载体后进行沉淀分离。曾用钡和铋作为载体进行共沉淀，分离和发现了元素镭和钋。现在广泛应用有机化合物作为沉淀剂，分离放射性核素。常用的有机试剂是酸或螯合剂，它们与金属离子生成盐或螯合物形式的沉淀。
2.溶剂萃取法。根据待分离物质在两种不互溶溶剂中分配系数的差别实现分离。例如，用30％磷酸三丁酯-煤油溶液使水溶液中的铀（Ⅵ）和钚（Ⅳ）与大部分裂变产物分离，铀、钚进入有机相，裂变产物留在水相。溶剂萃取法操作简便，易于多级连续操作，选择性好，回收率高，在核燃料生产和后处理及放射化学研究中应用广泛。
3.离子交换色谱法。根据待分离物质在离子交换树脂上吸附能力的差别实现分离。先将待分离物质吸附在树脂上，然后用各种淋洗剂将被分离物呈色谱状淋洗下来，由于各种分离物质与淋洗剂间的作用程度也有差别，扩大了分离的效果。离子交换色谱是吸附色谱的一种（其他色谱方法也可用来分离放射性物质），离子交换树脂作为固定相，淋洗剂作为流动相。离子交换色谱法在钷和超钚元素的发现和研究中起了很大的作用，在裂变产物和其他放射性核素的分离及核燃料生产中是一种重要的分离方法。此法设备简单，易于实现自动化，分离效率高。
4.电化学分离方法。通过电化学置换、电解析出和电泳过程使放射性物质分离。钋在银、铋和铜等金属片上置换析出是最早用于放射性物质分离的电化学方法。每种元素的特定价态转变成单质或其他价态时，有相应的标准电极电位（势），电位大的金属离子容易被置换出来。通常置换的机理比较复杂，除了电化学过程外，还会发生吸附、混晶和离子交换等过程，不容易估测分离效果。在一定外加电压条件下，也可以借助电解使金属离子还原成金属析出。对于微量放射性元素，只有当电压超过该元素离子的沉积电位时，离子才能在阴极上析出，金、银、铋、汞、铅等均能以单质形式电解析出。为了达到良好的分离，可用控制阴极电位的方法。浓度很低时，电解过程比较复杂，因此一般要加入载体。电解法分离的选择性比较差，需要的时间较长。
电泳是离子在溶液中沿电场力作用方向移动的现象。由于各种离子的电荷数与离子半径的比值不同，在相同电场力作用下，过一定时间后，移动的距离不同，可以取得分离效果。如将滴有钚（Ⅳ）和镅（Ⅲ）的色层纸条放在柠檬酸溶液中，在16伏/厘米的电场中进行电泳3小时，则钚迁移50毫米，而镅移动了100毫米。电泳法需要时间很长。
5.核反冲法。核反应或核衰变过程中由于接受或放射粒子，核自身受到反冲而脱离原来的物相，从而实现分离。离开原来物相的反冲核进入气相时一般带有正电荷，这是因为反冲原子的电子壳层中失去了一些电子。利用电场可以方便地收集气相中带电荷的反冲核，此法在早期研究放射性元素氡的衰变产物——放射性淀质——时起过重要作用。发现和鉴定钔及其后面的一些重元素，也采用了核反冲分离法。这种方法迅速简便，在某些情况下选择性较好。
6.挥发法。利用物质的沸点或升华点不同而实现分离。如乏燃料中铀、钚和裂变产物可以氟化生成氟化物，由于六氟化铀和六氟化钚均易挥发，可以与不易挥发的一些裂变产物分离；裂变产物中产生的另一些易挥发氟化物则通过其他过程再与铀、钚分离。此法的选择性较差。
7.蒸馏法。利用不同元素单质或化合物的蒸气压差别实现分离。如砷、汞、锑、硒、锡和锗的卤化物蒸气压较高，可用蒸馏法将它与其他元素的化合物分离。铀的裂变产物中钌也能以四氧化钌的形式被蒸馏出来，蒸馏分离一般要用载体。此法分离的效果较好，但需时较长，且适用的元素种类较少。
8.快速化学分离法。以分离时间短促为特征的一类分离方法。是针对研究短半衰期放射性核素的要求而研究和制订出来的。
实际操作中一般根据分离的对象、规定的要求和实验室的条件等来选择放射化学分离方法。例如，分离或鉴定半衰期特别短的核素时，迅速是首要的，因此反冲法、热色谱法和快速流体载带法优先被采用。如果要分离的核素半衰期长、经济价值高或向环境排放会引起严重后果，则应选用收率高、简便而又安全的分离方法，如萃取法、离子交换色谱法和电化学法等。有时，要分离的核素与多种核素混在一起，而又要求产物具有较高的纯度，则必须采用选择性最佳的分离方法。