การแปรนิวเคลียส (อังกฤษ: nuclear transmutation) เป็นการแปลงธาตุเคมีหรือไอโซโทปหนึ่งเป็นอีกอย่างหนึ่ง หรือกล่าวได้ว่า อะตอมของธาตุสามารถเปลี่ยนเป็นอะตอมของธาตุอื่นด้วย "การเปลี่ยนสภาพ" การแปรนิวเคลียสเกิดขึ้นโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ (ซึ่งอนุภาคภายนอกทำปฏิกิริยากับนิวเคลียส) หรือโดยการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี (ซึ่งไม่ต้องอาศัยอนุภาคภายนอก)การแปรนิวเคลียสตามธรรมชาติประเภทหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อธาตุกัมมันตรังสีบางชนิดสลายตัวอย่างต่อเนื่องตามธรรมชาติ แล้วจึงเปลี่ยนสภาพเป็นอีกธาตุหนึ่ง ตัวอย่างคือ การสลายตัวตามธรรมชาติของโพแทสเซียม-40 เป็น อาร์กอน-40 ซึ่งมีที่มาจากอาร์กอนส่วนใหญ่ในอากาศ เช่นกับบนโลก การแปรนิวเคลียสตามธรรมชาติจากกลไกที่แตกต่างของปฏิกิริยานิวเคลียร์ตามธรรมชาติเกิดขึ้น เนื่องจากการยิงรังสีคอสมิกใส่ธาตุ (ตัวอย่างเช่น เพื่อให้เกิดคาร์บอน-14) และยังเกิดขึ้นบางครั้งจากการยิงนิวตรอนตามธรรมชาติ (ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันธรรมชาติ)การแปรนิวเคลียสทำขึ้นยังเกิดขึ้นในเครื่องจักรที่มีพลังงานมากพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนิวเคลียสของธาตุ เครื่องจักรซึ่งสามารถเกิดการแปรนิวเคลียสทำขึ้นรวมไปถึงเครื่องเร่งอนุภาคและเครื่องปฏิกรณ์โทมาแมค เครื่องปฏิกรณ์พลังงานฟิชชันแบบเดิมยังเกิดการแปรทำขึ้นได้ มิใช่จากกำลังของเครื่องจักร แต่โดยการให้นิวตรอน ซึ่งเกิดขึ้นจากฟิชชันจากปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ทำขึ้น ชนกับธาตุการแปรนิวเคลียสทำขึ้นถูกพิจารณาว่าเป็นกลไกที่เป็นไปได้สำหรับการลดปริมาณและความอันตรายของของเสียกัมมันตรังสี