임계질량(critical mass)은 핵분열 반응이 자가 지속적으로 일어날 수 있는 최소한의 질량을 의미한다. 이는 주로 우라늄-235나 플루토늄-239와 같은 핵분열성 물질에서 중요하게 다뤄진다. 임계질량 이상일 경우, 핵분열이 연쇄 반응을 일으켜 스스로 계속 진행될 수 있는 반면, 임계질량 이하일 경우에는 연쇄 반응이 발생하지 않거나 매우 제한적이다.

임계질량은 물질의 종류, 형태, 밀도, 주변 환경, 그리고 중성자 속도에 따라 다르게 나타난다. 예를 들어, 같은 물질이라도 고체, 액체, 가루 형태에 따라 임계질량이 달라질 수 있으며, 반응을 촉진하는 중성자의 속도 또한 중요한 변수로 작용한다. 이외에도 다른 재료(예: 중성자 반사체)와의 상호작용에 따라서도 임계질량은 변할 수 있다.

임계질량은 원자폭탄의 설계 및 발전에 있어서 중요한 개념이다. 이는 효율적인 폭발을 위해 필요한 최소한의 핵분열 물질의 양을 정의하며, 원자력 발전소에서도 안전성과 연료 경제성을 고려할 때 중요한 요소로 작용한다. 임계질량에 대한 이해는 핵 물리학, 원자력 기술, 안전 관리 등 여러 분야에서 필수적이다.