물질에 방사선을 조사했을 때 일어나는 화학적 변화를 연구하는 화학의 한 분야. α선 · β 선 · 선 · X선 등 높은 에너지를 가진 방사선을 물질에 조사하면 그 에너지가 물질에 흡수되어 물질을 구성하는 원자나 분자가 이온화하고 들뜨게 된다.

그 결과 물질 속에는 이온이나 레디칼 · 들뜬상태 등 화학반응성이 매우 풍부한 활성종이 생성되며, 이것이 여러 가지 화학반응을 일으킨다.

방사선 화학에는 방사선 조사 후에 생성되는 활성종의 ps(피코초 ; 10^-l2s)나 ns(나노초 ; 10^-9s) 등 매우 짧은 시간의 작용을 추적하는 초기과정의 연구, 방사선 분해나 합성반응, 고분자화합물에 대한 조사효과나 그 합성 · 개질반응의 연구 등이 포함된다.

연구에는 ⁶⁰Co의 선, 가속장치의 전자 빔이나 중(重)이온, 원자로의 중성자 등이 선원(線源)으로 이용된다.

전자빔 가속장치를 이용한 전선피복재나 타이어용 고무시트의 조사에 의한 가교결합(架橋結合)의 생성, 도료의 경화 등 방사선 화학반응을 이용한 공업 프로세스가 있다.