同位素分離方法是將某種化學物質的一種同位素從其他同位素中分離出來並加以純化和濃縮的化學和物理方法。同一化學元素原子量不同的兩種或兩種以上的原子互為同位素。自然界中的元素大多數是幾種同位素以幾乎不變化的比例組成的混合物。例如地殼中的鈾是由鈾-238和鈾-235組成的，比例為99.28%∶0.71%。
(還有幾種其它痕量同位素)同一種元素的幾種同位素其質量上的差異導致極其細微的化學效應。它們對某些特定的化學反應有略微不同的平衡常數，因此利用這種化學反應可對同位素進行分離。另外，某些物理過程，例如蒸發、冷凝和熱擴散也可使同位素分離。近來，雷射化學的發展開闢了同位素分離的新技術，它是利用不同同位素對一定波長的雷射有選擇性吸收的特性即某一同位素只嚴格地吸收某一特定波長的雷射從而受到激發，這樣即可將受激發的同位素和未受激發的同位素分開。此方法可大大節省同位素分離過程消耗的巨大能源，而且它不僅可用於天然鈾的濃縮，還可用於反應堆乏燃料和貧料鈾的再濃縮。此法已在我國試驗成功。同位素分離是原子能工業中重要的環節。例如作為核燃料用時，鈾-235必須占鈾總量的3%以上時才能使用，因此同位素分離技術在核能利用中具有十分重要的意義。
