주위의 매질과 열적 평형상태에 있는 중성자. 절대온도 T에서 열평형에 있는 입자의 평균운동 에너지는 어떤 것이라도 (3/2)kT가 된다(단, k는 볼츠만 상수, 1℃당 8.61×10^-5eV의 값을 가진다).

그러므로 상온(20℃, 즉 T=293K)에서 입자의 평균 에너지는 약 0.038eV가 된다.

단, 중성자의 연구에서는 (3/2)kT 대신 kT를 운동 에너지의 평균값으로 삼고 있어 표준적인 열중성자에서는 운동 에너지의 평균값이 약 0.025eV가 된다.

중성자는 원자핵의 구성요소이며 자연계에서는 보통의 조건에서는 유리(遊離)되어 존재하지 않고 원자핵반응에 의해 만들어진다.

핵반응의 결과로 생긴 고에너지의 중성자는 물질 속의 원자핵과 충돌을 계속하면서(만일 고에너지 중성자를 흡수하는 특정한 원자핵과 충돌이 일어나지 않는 한) 중성자를 탄성산란(彈性散亂)시키는 물질의 분자나 원자의 평균 운동 에너지와 같은 정도가 될 때까지 그 속도가 감소하여 열중성자가 된다.

이 열중성자가 되는 과정을 중성자의 감속과정(減速過程)이라고도 한다.

양성자나 a입자 같은 하전입자는 감속되면 다른 원자핵과의 사이에 생기는 척력(斥力)의 벽을 통과할 수 없게 되어 다른 원자핵과 작용하기 어려워진다.

특히 양(陽)전하를 띤 입자가 감속되면 즉시 전자를 끌어당겨 중성 원자가 되어 핵반응을 일으키지 않게 된다.

그러나 중성자는 감속되면 반대로 다른 원자핵과 상호작용하기 쉬워지는 성질을 지니고 있다.

역사적으로는 1935년 불과 파라핀 등 수소를 함유한 물질을 통과한 중성자가 중성자보다는 어떤 종류의 원소와 반응하기 쉽다는 현상이 발견됨으로써 열중성자가 주목받기 시작했다(수소는 평균 18번 충돌로 100만eV의 중성자를 열중성자로 만든다).

실제로 열중성자는 거의 모든 원자핵 속에 들어가 핵반응을 일으키고, 무거운 원자핵에 있는 것에서는 핵분열을 일으킨다.

원자핵 에너지의 해방(解放)을 가능하게 한 것은 이 열중성자의 특이한 성질이라고 할 수 있다.

감속운동의 결과로 생긴 열중성자의 에너지는 주위 물질의 온도에 의해 결정되며 원자로 안과 같이 온도가 높은 영역에 있는 열중성자는 공기 속에 있는 열중성자에 비해 훨씬 에너지가 높다.

또 각 열중성자 에너지는 평균값 근처에서 통계적 분포(맥스 웰 분포)를 하고 있다.

이런 의미에서 중성자라는 말은 지체된 중성자 일반을 가리키는 것으로 쓰이는 경우도 많다.

표준적인 열중성자의 속도는 약 2.2×10⁵cm/s(이에 대해 100만eV 중성자의 속도는 약 1.4×10⁹cm/s)이므로 원자로 안에서는 1초보다 훨씬 짧은 시간에 열중성자화가 이루어져야 한다.