Le concept de spallation nucléaire a été proposé en 1937 par le futur prix Nobel Glenn Seaborg dans sa thèse de doctorat sur la diffusion inélastique des neutrons.
La spallation est utilisée comme source de faisceaux intenses de protons ou des noyaux de deutérium, tritium, les hélium 3 ou hélium 4 (de 2 à 10 MeV). On utilise dans ce but une cible de mercure, de tantale ou d'un autre métal lourd, soumise au bombardement de protons ou de nucléons issus d'un accélérateur de particules de haute énergie, la plupart du temps un synchrotron. Chaque impact peut produire vingt à trentes neutrons, initialement de très haute énergie - ils emportent une bonne partie de l'énergie initiale du proton.
La production de neutrons se révèle beaucoup moins coûteuse via un réacteur nucléaire. Cependant la méthode de spallation présente l'avantage de produite un faisceau qui peut être facilement modulé.
La Spallation Neutron Source (source neutronique par spallation - SNS), construite au Laboratoire national d'Oak Ridge, est basée sur ce principe. Elle a été inscrite en 2007 dans le Livre Guinness des records comme la plus forte source de neutron réalisée à ce jour.