在化學、核物理學和粒子物理學中，非彈性散射是一種基本的散射過程，其中入射粒子的動能不守恒（與彈性散射相反）。 在非彈性散射過程中，入射粒子的部分能量會損失或增加。 盡管該術語在歷史上與動力學中的非彈性碰撞概念相關，但這兩個概念是截然不同的； 動力學中的非彈性碰撞是指總的宏觀動能不守恒的過程。 通常，非彈性碰撞引起的散射是非彈性的，但是，由于彈性碰撞通常會在粒子之間傳遞動能，因此彈性碰撞引起的散射也可能是非彈性的，因為在康普頓散射中，這意味著碰撞中的兩個粒子傳遞能量導致損失 一個粒子的能量。

當電子是入射粒子時，取決于入射電子的能量，非彈性散射的概率通常小于彈性散射的概率。 因此，在氣體電子衍射 (GED)、反射高能電子衍射 (RHEED) 和透射電子衍射的情況下，由于入射電子的能量很高，非彈性電子散射的貢獻可以忽略不計。 來自質子的電子的深度非彈性散射為夸克的存在提供了xxx個直接證據。

當光子是入射粒子時，存在稱為拉曼散射的非彈性散射過程。 在這個散射過程中，入射光子與物質（氣體、液體和固體）相互作用，光子的頻率向紅色或藍色移動。 當光子的部分能量轉移到相互作用的物質時，可以觀察到紅移，在稱為斯托克斯拉曼散射的過程中，它會增加其內部能量。 當物質的內能轉移到光子時，可以觀察到藍移； 這個過程稱為反斯托克斯拉曼散射。

在電子和光子之間的相互作用中可以看到非彈性散射。 當高能光子與自由電子碰撞（更準確地說，是弱束縛，因為自由電子不能與光子發生非彈性散射）并轉移能量時，該過程稱為康普頓散射。 此外，當具有相對論能量的電子與紅外或可見光子碰撞時，電子將能量提供給光子。 這個過程稱為逆康普頓散射。

中子經歷多種類型的散射，包括彈性散射和非彈性散射。 發生彈性散射還是非彈性散射取決于中子的速度，是快中子還是熱中子，或者介于兩者之間。 它還取決于它撞擊的原子核及其中子截面。 在非彈性散射中，中子與原子核相互作用，系統的動能發生變化。 這通常會激活原子核，使其進入激發的、不穩定的、短暫的能量狀態，從而使其迅速發射某種輻射，使其回到穩定或基態。 可能會發射出阿爾法、貝塔、伽馬和質子。 在這種類型的核反應中散布的粒子可能會導致原子核向另一個方向反沖。

非彈性散射在分子碰撞中很常見。 任何導致化學反應的碰撞都是非彈性的，但術語非彈性散射是為那些不導致反應的碰撞保留的。 在平移模式（動能）與旋轉和振動模式之間存在能量轉移。

如果轉移的能量與散射粒子的入射能量相比較小，則稱為準彈性散射。