Sintesis nuklear (
Inggeris: nucleosynthesis) ialah satu proses yang menghasilkan nukleus atom yang baru daripada
nukleon-nukleon sedia ada, terutama sekali
proton dan
neutron. Nukleus-nukleus pertama dihasilkan kira-kira tiga minit selepas
Letupan Besar melalui satu proses yang dikenali sebagai
sintesis nuklear Letupan Besar. Ketika itulah
hidrogen dan
helium terbentuk, yang kemudiannya menjadi isi
bintang-bintang terawal, dan juga bertanggungjawab atas nisbah hidrogen/helium kini di angkasa lepas.Dengan penghasilan bintang-bintang, nukleus-nukleus yang lebih berat dihasilkan melalui sintesis nuklear najam, satu proses yang masih berterusan hingga ke hari ini. Sebahagian daripada unsur-unsur ini, terutamanya yang lebih ringan daripada
besi, terus dihantar ke dalam bahantara antara bintang apabila bintang-bintang berjisim rendah melentingkan lapisan luarannya sebelum ia runtuh dan menjadi bintang
kerdil putih. Saki-baki jisimnya yang dilenting membentuk
nebula planet yang boleh dilihat di seluruh galaksi.
Sintesis nuklear supernova di dalam bintang-bintang yang meletup bertanggungjawab ke atas kelimpahan unsur-unsur di antara
magnesium (A=24) dan
nikel (A=60).
[1] Sintesis nuklear supernova juga dikatakan bertanggungjawab ke atas penghasilan unsur-unsur yang lebih berat daripada besi dan nikel, di dalam saat-saat terakhir kejadian
supernova jenis II. Sintesis unsur-unsur yang lebih berat ini menyerap tenaga (
endotermik) tatkala ia dihasilkan, daripada tenaga yang dihasilkan sewaktu letupan supernova. Sesetengah unsur ini dihasilkan daripada serapan beberapa neutron dalam masa beberapa saat sewaktu letupan itu. Antara unsur yang terhasil dalam supernova adalah unsur-unsur semulajadi yang paling berat seperti
uranium dan
torium.
Spalasi sinar kosmik yang terjadi apabila sinar kosmik melanggar bahantara antara najam dan memecahkan spesis atom yang lebih besar adalah sumber penting nukleus-nukleus yang lebih ringan, terutamanya 3He, 9Be dan 10,11B, yang tidak terbentuk dalam
sintesis nuklear najam.Selain proses-proses pelakuran yang bertanggungjawab ke atas kelimpahan unsur di angkasa, beberapa proses semulajadi yang kecil juga terus menyumbang jumlah nuklid baru yang sangat kecil di Bumi. Nuklid-nuklid ini tidak memberi banyak kesan kepada kelimpahan unsur-unsur, tetapi ia boleh menjelaskan kewujudan nukleus baru yang tertentu. Nuklid-nuklid baru ini terhasil melalui
radiogenesis (pereputan) radionuklid azali berat dengan jangka hayat panjang seperti uranium dan torium. Pelanggaran sinar kosmik dengan unsur-unsur di Bumi juga menyumbang kepada kewujudan spesis-spesis atom yang jarang dan berjangka hayat pendek yang dipanggil
nuklid kosmogenik.