氢同位素效应（hydrogen isotope effect），理学-化学-放射化学与核化学-核聚变化学-聚变反应，由于氢的同位素氕、氘、氚的核结构和原子质量的差异所导致这三种物质的物理化学特性存在一定差异的现象。一种较为显著的现象是三种原子或分子在固体材料表面或内部迁移速率存在差异。一般而言，较轻的氕原子比较重的氘原子和氚原子具有更快的迁移速率，三种原子的扩散系数与其质量的平方根成反比。对一般的贮氢材料，氕、氘、氚原子依次优先被吸氢材料吸收，而加热时则按相反顺序解析。凡是具有上述氢同位素效应的固体涉氢同位素材料都称为具有正氢同位素效应的材料，反之，则称为具有反氢同位素效应的材料。利用氢同位素效应可实现色谱法、热循环吸附法进行同位素分离。氕、氘、氚三种原子组成的H2、HD、HT、D2、DT及T2六种气体分子的沸点依次为20.7K、22.1K、23.5K、23.8K、25.0K、25.5K，也可利用上述沸点的微小差异通过低温精馏而实现同位素分离。氢同位素效应的本质为原子核质量不同带来振动量子能态差异以及核结构中质子和中子数不同带来的核自旋量子态差异所产生的物理和化学行为。