En física, la masa crítica es la cantidad mínima de material necesaria para que se mantenga una reacción nuclear en cadena. La masa crítica de una sustancia fisible depende de sus propiedades físicas (en particular su densidad) y nucleares (su enriquecimiento y sección eficaz de fisión), su geometría (su forma) y su pureza, además de si está rodeada o no por un reflector de neutrones. Al rodear a un material fisible por un reflector de neutrones la masa crítica resulta menor. En el caso de una esfera rodeada por un reflector de neutrones, la masa crítica es de unos cincuenta y dos kilogramos para el uranio 235 y de diez kilogramos para el plutonio 239.[1]​
"Crítico" se refiere a un estado de equilibrio dinámico en la reacción de fisión en cadena; en él no existe aumento de la potencia, temperatura y densidad de neutrones en el tiempo. "Subcrítico" se refiere a la incapacidad de mantener o sostener en el tiempo una reacción nuclear en cadena; al introducir una cierta cantidad de neutrones en un conjunto subcrítico, la población de neutrones disminuirá a lo largo del tiempo (por fenómenos de absorción en el material o por fuga). "Supercrítico" se refiere a un sistema en el que la cantidad de procesos de fisión por unidad de tiempo aumenta hasta el punto en que algún mecanismo de realimentación intrínseco hace que el reactor alcance un punto de equilibrio dinámico (se ponga crítico) a una mayor temperatura o potencia o se destruya (en cuyo caso se desarma el conjunto crítico).
Es posible que un conjunto alcance el estado de crítico a potencias muy próximas a cero. Si fuera posible hacer un experimento en el que se agregue una cantidad exacta de material fisible a una masa levemente subcrítica, se podría crear un conjunto con una masa exactamente crítica, y en ese caso la reacción en cadena de fisión mantendría exactamente una generación de neutrones (ya que el consumo del combustible producido por el mismo proceso de fisión tornaría al conjunto nuevamente subcrítico).