Le processus R (avec R pour rapide) est un processus de nucléosynthèse qui consiste en la capture de neutrons par des noyaux atomiques à haute température et à grande densité de neutrons qui permet ainsi de produire des éléments lourds à partir d'éléménts plus légers. Contrairement aux processus P et S, dans le processus R, les noyaux sont bombardés par un flux très important de neutrons et forment des noyaux riches en neutrons et très instables qui se désintègrent rapidement pour former des noyaux stables mais toujours riches en neutrons.
On pense que ce processus a notamment lieu dans les supernovae. Néanmoins, l'abondance des éléments produits par ce processus ne correspond pas aux abondances observées. On est donc amené à conclure que soit seule une petite fraction de ces éléments sont rejetés par les supernovae, soit que les supernovae ne contribuent que pour une très petite partie à la formation de ces éléments.
Ce processus est revanche très actif dans les vieilles étoiles de Population II par exemple (au sein de HE1523-0901) où le rapport [r/Fe] = 1.8) alors que paradoxalement leur métallicité peut-être relativement faible.
Le flux de neutron étant très élevé dans ce processus (jusqu'à 1020 neutrons par cm² par seconde), la vitesse de formation des isotopes instables est beaucoup plus élevée que la désintégration β qui s'ensuit. Ceci signifie que ce processus peut se produire tout le long de la la zone de stabilité des noyaux et même franchir des zones d'instabilité. Le processus R se termine soit lorsque que les noyaux atteignent une couche complète en neutrons (N = 50, 82, 126), qui est exceptionnellement stable et à laquelle l'ajout de neutrons supplémentaires est beaucoup plus difficile ; soit parce que le noyau est devenu tellement instable qu'il subit une fission spontanée (actuellement, on suppose que cela se produit dans la région N ≅ 270, c'est-à-dire dans la région du tableau périodique proche du rutherfordium ou du darmstadtium).