Kodolfizika pēta atoma kodola uzbūvi, īpašības, sabrukšanu, radioaktivitāti, kodola sadursmes ar citiem kodoliem, kodolreakcijas, ķīmisko elementu pārvērtības (transmutācijas), izotopus un kodolu mijiedarbību ar starojumu un elementārdaļiņām. Kodolfiziku iedala teorētiskajā, eksperimentālajā un pielietojamajā kodolfizikā, kā arī kodoltehnoloģijās.

Kodolfizika ir kvantu fizikas apakšnozare. Tā izmanto kvantu mehāniku, relatīvisko kvantu mehāniku un kvantu hromodinamiku. Kodolfizika robežojas ar elementārdaļiņu fiziku, atomu un molekulu fiziku un radiācijas ķīmiju. 

Kodolfizikas galvenās sastāvdaļas saistītas ar tās pielietojumiem kodolu dalīšanās un kodolsintēzes jomā, reaktoru fizikā, radioaktivitātes pētniecībā, kodolu un izotopu pētniecībā (izotopi, izotoni), jaunu elementu sintēzē, nākotnes enerģētikas tehnoloģiju pētījumos, kodolieroču pētījumos, kodolu spektroskopijā, paātrinātāju kodolfizikā, neitronu fizikā, modelēšanā un ab inito aprēķinos.

Saistītās zinātnes ir elementārdaļiņu fizika, kodolķīmija, radiācijas ķīmija, radiācijas drošība, kodolatkritumu pārstrāde, ģeoloģija, kvantu mehānika, relatīviskā kvantu mehānika, astrofizika, kosmoloģija, cietvielu fizika, detektoru attīstība.

Pielietojamā kodolfizika saistīta ar kodoltehnoloģiju attīstību: reaktoru tehnoloģijām, ieroču tehnoloģijām, kodolatkritumu pārstrādes un uzglabāšanas tehnoloģijām, kodolmedicīnu. Kodolfizikas lielo praktisko nozīmi nosaka kodolieroči, kas ir spēcīgākie un postošākie ieroči, un kopš 1945. gada – galvenais elements stratēģiskā līdzsvara noturēšanā pasaulē. Lielvalstis ir ieguldījušas milzīgus līdzekļus kodolfizikas attīstībā, lai izstrādātu un attīstītu kodolieročus un izveidotu zinātnisko potenciālu šajā nozarē. Tāpēc kodolfiziku var uzskatīt par vienu no visvairāk pētītajām mūsdienu zinātnes nozarēm. 

Kodolreakcijās izdalītā enerģija (kodolenerģija) tiek izmantota atomreaktoros, kur urāna (U), plutonija (Pu) vai torija (Th) kodolu dalīšanās ķēdes reakcijā atbrīvotā enerģija tiek izmantota elektrības un siltuma ražošanai. 2019. gadā pasaules kodolreaktoru kopējā ģenerējošā kapacitāte bija 443 GW. Vislielākais kodolenerģijas īpatsvars ir Francijā – 2019. gadā vairāk nekā 70 % no kopējā ģenerētā elektrības daudzuma. Kodolenerģijai tiek prognozēta būtiska loma pasaules ogļskābās gāzes (CO₂) izmešu samazināšanā un klimata pārmaiņu mazināšanā. Tomēr ir valstis, kurās ir spēcīga opozīcija kodolenerģijai, – piemēram, Vācija, kas 2011. gadā pieņēmusi lēmumu slēgt visus kodolreaktorus.

Sadarbība kodolenerģijā bija viens no iemesliem, kāpēc izveidoja Eiropas Savienību, kad ar 1957. gada Romas līgumu tika nodibināta Eiropas Ekonomikas kopiena (EEK) un Eiropas Atomenerģijas Kopiena (EURATOM). Radioaktīvajiem izotopiem bija ļoti svarīga loma kā enerģijas avotam kosmisko aparātu kodolreaktoros, piemēram, SNAPSHOT (Amerikas Savienotās Valstis, ASV), BES5 un TOPAZ (Padomju Sociālistisko Republiku Savienība, Krievija), bet līdz ar saules bateriju attīstību kodolenerģijas nozīme kosmosa apguvē mazinās. Kodolenerģija joprojām paliek kā galvenais enerģijas avots tālā kosmosa misijām, piemēram, hipotētiskiem dzinējiem lielāku ātrumu sasniegšanai.

Radioaktīvo izotopu izmantošanai ir būtiska praktiska nozīme arī ķīmijā, farmakoloģijā un bioloģijā, kur ķīmiskās reakcijas un vielmaiņa tiek pētītas ar iezīmēto atomu metodēm. Medicīnā diagnostikā plaši izmanto kodolu magnētisko rezonansi (KMR) un pozitronu emisijas tomogrāfiju (PET). Medicīniskās apstarošanas vajadzībām tiek izmantoti radioaktīvie izotopi. Pielietojamās kodolfizikas jomas, kurās notiek aktīvi pētījumi mūsdienās, ir kodolatkritumu pētniecība un to pārstrādes tehnoloģiju izstrāde.

Kodolfizikas teorētiskos rezultātus izmanto astrofizikā, kosmoloģijā, planetoloģijā, ģeoloģijā un citās zinātnēs. Astronomijā un astrofizikā kodolfizikai ir būtiska nozīme zvaigžņu un to evolūcijas pētījumos un modelēšanā, jo zvaigžņu darbības un evolūcijas pamats ir kodolsintēzes reakcijas. Kosmoloģijā kodolreakciju datus izmanto, lai noteiktu primodiālo elementu attiecības pēc Lielā Sprādziena dažādos tā modeļos. Vēsturē, arheoloģijā, paleontoloģijā un ģeoloģijā radioaktīvos izotopus izmanto paraugu vecuma noteikšanā. Meteorītu pētniecībā to izotopu sastāvs ļauj noteikt meteorītu izcelsmi. Tā, piemēram, ir identificēti Marsa meteorīti. Radioaktīvo elementu sabrukšanas izdalītā enerģija zemes dzīlēs ir tektonisko kustību pamatā.

Kodolfizikas pētījumi pamatojas uz teoriju, ka atoma kodols sastāv no protoniem un neitroniem, kuri atgrūžas elektrostatiskā spēka dēļ un kurus kopā satur stiprā mijiedarbība, kas veido potenciāla bedri. Daļiņu kustību šajā potenciāla bedrē apraksta kvantu mehānika. Kodolu sabrukšanu – radioaktivitāti – apraksta stiprās mijiedarbības un vājās mijiedarbības kvantu modeļi. Smagos kodolus apraksta ar piliena modeli. Stipro, vājo un elektromagnētisko mijiedarbību apraksta standarta modelis. Kodolu bombardēšanu, daļiņu izkliedi un kodolreakcijas apraksta izkliedes teorija un sadursmju teorijas.

Galvenās pētnieciskās metodes: neitronu ierosinātu ķēdes reakciju un radioaktivitātes pētniecība kodolreaktoros; kodolu bombardēšana ar dažādām enerģijas daļiņām paātrinātājos; gamma spektroskopija (pēta kodolu izstaroto elektromagnētisko starojumu); kodolu magnētiskā rezonanse (pēta kodolu reakciju uz magnētisko lauku); matemātiskā modelēšana. Agrāk tika izmantoti arī kodolsprādzieni. Izotopu noteikšanai izmanto ķīmiskās un masspektrogrāfijas metodes.

Pētniecības iekārtu galvenā sastāvdaļa ir detektori – ierīces, kas reģistrē dažādas (pārsvarā lādētas) daļiņas, kas rodas kodolreakcijās vai tiek iegūtas paātrinātājos. Galvenie detektoru veidi: gāzes elektriskie detektori (daļiņu trajektoriju rekonstruēšanai); cietvielu detektori (enerģijas noteikšanai); scintilācijas detektori. Kodoltermisko reakciju pētījumiem izmanto tokamakus, stellatorus, lāzeru kodoltermiskās ierīces un citus. 

Par kodolfizikas sākumu uzskata 1906. gadā uzsākto angļu fiziķa Ernesta Rezerforda (Ernest Rutherford) eksperimentu sēriju ar alfa daļiņu izkliedi, kas 1910. gadā rezultējās ar vācu fiziķa Hansa Geigera (Johannes Wilhelm “Hans” Geiger) un jaunzēlandiešu fiziķa Ernesta Marsdena (Ernest Marsden) eksperimentu ar alfa daļiņu izkliedi no zelta folijas un 1911. gadā publicēto secinājumu, ka atomam ir mazs kodols, kurā koncentrēta gandrīz visa atoma masa. 1932. gadā Džeimss Čedviks (James Chadwick) atklāja neitronu un parādīja, ka atoma kodolam ir sarežģīta struktūra. 1935. gadā Hideki Jukava (Hideki Yukawa, 湯川秀樹湯川 秀樹) radīja stiprā spēka teoriju par spēku, kas darbojas starp protoniem un neitroniem un satur kopā atoma kodolu. 1938. gadā Oto Hāns (Otto Hahn) un Frics Štrasmans (Friedrich Wilhelm “Fritz” Strassmann) eksperimentāli atklāja neitronu ierosinātu smago atomu kodolu dalīšanos, un 1939. gadā Līze Meitnere (Lise Meitner) un Oto Frišs (Otto Robert Frisch) to teorētiski izskaidroja. 1939. gadā Frederiks Žolio Kirī (Frédéric Joliot-Curie), Hanss Heinrihs fon Halbans (Hans Heinrich von Halban) un Levs Kovarskis (Lew Kowarski) novēroja, ka urāna izotops U²³⁵ daloties izdala vairākus neitronus, kas ierosināja ideju par ķēdes reakciju. Enriko Fermī (Enrico Fermi) 1942. gadā ASV radīja pirmo kodolreaktoru CP-1 (Chicago Pile-1). 1942. gadā ASV uzsāka Manhetenas projektu, kurā izveidoja pirmo atombumbu – plutonija implozijas ierīci, kas tika detonēta Trīsvienības kodolizmēģinājumā (Trinity Nuclear Test) 1945. gada 16. jūlijā. 1920. gadā Arturs Edingtons (Arthur Stanley Eddington) izteica hipotēzi, ka ūdeņraža kodolu saplūšana, veidojot hēliju, izdala ļoti daudz enerģijas un ka tas ir zvaigžņu enerģijas avots. Tā tika nosaukta par kodoltermisko enerģiju. Pirmā ierīce, kas izmantoja šo principu, bija 1952. gadā Edvarda Tellera (Edward Teller, ungāru Ede Teller) un Staņislava Ulama (Stanisław Marcin Ulam) vadībā izstrādātā ūdeņraža izotopu deiterija un tritija bumba, kas tika detonēta 1952. gada 1. novembrī Enivetokas atolā, Klusā okeāna dienvidos. 

1948. gada 3. septembrī X-10 grafīta kodolreaktors Oukridžas Nacionālajā laboratorijā (Oak Ridge National Laboratory) ASV tika izmantots, lai pirmo reizi ģenerētu elektrību no kodolenerģijas. Kopš 20. gs. 50. gadiem norit mēģinājumi radīt vadāmās kodoltermiskās sintēzes reaktorus. No 1980. gada līdz 1990. gadam radās ideja par kodolatkritumu transmutāciju, izmantojot neitronu ierosinātu kodolu dalīšanos ar protonu paātrinātāju vai ātro neitronu reaktoru kā neitronu avotu. 1992. gadā franču fiziķis Žoržs Šarpaks (Georges Charpak) saņēma Nobela prēmiju fizikā par gāzu proporcionālo detektoru sistēmu izstrādi.

21. gs. 20. gados kodolu dalīšanās enerģiju elektrības ieguvei izmanto jau vairāk nekā 450 kodolreaktoros pasaulē. Par nākotnes enerģiju tiek uzskatīta kodolsintēzes enerģija (fusion power), kur enerģija atbrīvojas kodolreakcijā, no ūdeņraža iegūstot hēliju. Notiek pētījumi ar ūdeņraža izotopu deitērija un tritija kodolsintēzes reaktoriem, kuros projektā “Apvienotais Eiropas tors” (Joint European Torus, JET) un tā nākamajā etapā “Starptautiskais eksperimentālais kodoltermiskais reaktors” (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) piedalās arī Latvijas zinātnieki. Nākotnes perspektīvas šim enerģētikas veidam, kuru attīsta jau no 20. gs. 50. gadiem, ir neskaidras. Kodolatkritumu apglabāšanā visvairāk attīstītās valstis ir Somija un Zviedrija.

No teorētiskā viedokļa kodolfiziku var uzskatīt par pamatos pabeigtu teoriju. Turpinās pētījumi, lai precizētu dažādus eksperimentālos lielumus un uzlabotu teorijas. Notiek sacensības par jaunu, arvien smagāku transurāna ķīmisko elementu sintēzi. Jaunākais (2021. gadā) ir oganesons (Og) – ķīmiskais elements ar kārtas numuru 118. Plaši pētījumi notiek pielietojamā zinātnē – reaktoru dizainā, kodoldrošībā, kodolsintēzes tehnoloģijās, izotopu sintēzē, modelēšanā, kodolatkritumu jomā, kodolmedicīnā. Zinātniski pētījumi tiek veikti eksotisko kodolu un dažādu kodolreakciju izpētē. Kodolenerģijā par perspektīvu virzienu tiek uzskatīta IV drošības paaudzes (GenIV) reaktoru, mazo modulāro reaktoru un ātro neitronu reaktoru (reaktoru, kas kā kodoldegvielu izmanto plutoniju) attīstība. Medicīnā tiek pētīts jaunu izotopu pielietojums medicīnā un apstarošanas terapijā. 

Pasaules nozīmīgākā kodolfizikas organizācija ir Starptautiskā Atomenerģijas aģentūra (International Atomic Energy Agency, IAEA), kas uzrauga kodolaktivitātes, veicina mierīgu kodolenerģijas un kodoltehnoloģiju izmantošanu un cenšas nepieļaut kodolieroču izplatīšanos. Vadošās kodolpētījumu valstis ir ASV, Krievija, Ķīna, Japāna, Vācija, Apvienotā Karaliste, Francija un Šveice. Nozīmīgākie kodolpētījumu centri ir Eiropas Kodolpētījumu organizācija (Conseil européen pour la recherche nucléaire, CERN) Šveicē un Francijā; Losalamosas Nacionālā laboratorija (Los Alamos National Laboratory) un Oukridžas Nacionālā laboratorija ASV; Apvienotais kodolpētījumu institūts (Объединённый институт ядерных исследований) Krievijā; Saklē Kodolpētījumu centrs (Centre CEA de Saclay) Francijā; Japānas Atomenerģijas aģentūras Kodolzinātnes un inženierzinātņu pētījumu centrs (原子力科学研究所); Ķīnas Nacionālā kodolkorporācija (China National Nuclear Corporation (CNNC), 中国核工业集团公司); Karlsrūes Tehnoloģiju institūts (Karlsruher Institut für Technologie, KIT) Vācijā. 

Kodolpētījumu ierīces bieži ir ļoti lielas un dārgas – vairāki miljardi eiro. Tāpēc nemilitāri pētījumi visbiežāk notiek plašas starptautiskās sadarbības veidā kā CERN, ITER un citi. Par pētījumiem var uzskatīt arī jaunu tehnoloģiju demonstrācijas ierīces – piemēram, uzlaboto nātrija tehnoloģiskā reaktora industriālo demonstratoru (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration, ASTRID) Francijā, daudzfunkcionālo hibrīdo pētījumu reaktoru augsto tehnoloģiju pielietojumiem (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications, MYRRHA) Beļģijā un citas. Kodoldrošības, izmaksu un politisku iebildumu dēļ lielās kodolpētījumu ierīces bieži vien tiek projektētas un būvētas ļoti ilgi – pat desmitiem gadu.

Physical Review C (kopš 1970. gada; American Physical Society), Nuclear Physics (kopš 1956. gada, pēc 1967. gada sadalījās Nuclear Physics A un Nuclear Physics B; Elsevier), Nuclear Instruments and Methods in Physics Research (kopš 1981. gada; Elsevier; vēsturiski: Nuclear Instruments (1957–1958) un Nuclear Instruments and Methods (1959–1981)).

Ievērojamākie kodolfiziķi, kuru atklājumi ierindojami starp nozīmīgākajiem atklājumiem fizikā: amerikāņu fiziķis Šeldons Glešovs (Sheldon Lee Glashow), Pakistānas fiziķis Abduss Salams (Mohammad Abdus Salam, عبد السلام) un amerikāņu fiziķis Stīvens Vainbers (Steven Weinber), kuri 1968. gadā izveidoja elektrovājo mijiedarbību teoriju, kas izskaidro beta sabrukšanu. Vācu fiziķis Rudolfs Mesbauers (Rudolf Ludwig Mössbauer) 1958. gadā atklāja Mesbauera efektu gamma staru emisijā un absorbcijā. Ķīniešu fiziķi Jangs Džeņnins (Yang Chen-Ning, 杨振宁) un Lī Džendao (Lee Tsung-Dao, 李政道) – atklāja spina asimetriju beta sabrukšanā, tādējādi apgāžot iepriekš par universālu uzskatīto spoguļsimetrijas likumu (Low of Parity Conservation). Par Padomju Savienības kodolfizikas izveidotāju uzskata Igoru Kurčatovu (Игорь Васильевич Курчатов).