Ketjureaktiolla tarkoitetaan fysiikassa fissioiden ilmenemistä toisiaan aiheuttavana sarjana. Ketjureaktiossa fissiilissä eli halkeamiskelpoisessa aineessa, kuten uraani-235:ssä, tapahtuu ydinfissio, jossa vapautuu energiaa ja neutroneita. Nämä neutronit törmätessään muihin ytimiin aiheuttavat jälleen uusia fissioita. Ketjureaktio tapahtuu hallitsemattomasti ydinaseessa ja hallitusti ydinreaktorissa. Ydinenergian tuotanto perustuu ketjureaktiolle.