두 물체가 그 크기보다 훨씬 큰 거리로부터 접근해 부딪침으로써 상호작용을 미치는 현상. 충돌 직전과 직후에 중력과 같은 외력(外力)의 위치에너지의 변화는 작은 경우가 대부분이므로, 상호작용을 별도로 하면 역학적 에너지로는 각 물체의 무게중심운동의 에너지(1/2)mv²(m은 물체의 전체 질량, v는 무게중심의 속도)과 무게중심에 대한 상대운동(회전이나 진동 등)을 고려하는 경우가 많다.

두 물체가 충돌 직전에 갖고 있던 운동량을 P₁=m₁v₁, P₂=m₂v₂, 충돌 직후의 운동량을 p₁’=m₁v₁’, p₂’=m₂v₂’라고 하면 운동량 보존법칙

는 반드시 성립한다. 또한 두 물체의 각운동량의 합도 보존된다.

그러나 무게중심운동의 운동에너지의 보존

은 성립한다고 할 수 없다. 물체의 전(全)운동량은 무게중심의 운동량과 동등하지만 에너지는 그렇지 않다. 이는 무게중심에 대한 상대적인 운동(회전이나 진동 등의 내부운동)의 운동에너지나 변형 등에 의한 탄성에너지의 변화 등도 생각해 그들 상호전환을 고려해야 하기 때문이다.

내부운동에는 거시적인 운동인 진동이나 회전 외에 미시적인 원자 · 분자의 열운동도 포함된다.

무게중심운동 이외의 에너지에 변화가 없으면 ②식이 성립하며, 이 경우의 충돌을 탄성충돌이라 하고, 그렇지 않은 충돌을 비탄성충돌이라고 한다.

미시적인 입자는 양자역학에서 취급해야 하므로 파동역학이 적용되어 충돌현상을 파(波)의 산란(散亂)이라는 형식으로 생각할 수 있다.

이 때문에 충돌을 가리켜 산란이라고 하는 경우가 많다.

개개 미립자의 행동은 추적할 수 없으므로 다수 입자의 흐름을 취급하는데, 이것과 표적(標的)입자의 충돌방법은 다양하며, 충돌해 나오는 입자는 흩어진다.

이 경우, 방향에 따른 입자의 비율을 나타내는 충돌단면적(산란단면적)이라는 양(量)이 연구의 대상이 된다.