מודל גרעין מורכב, תיאור גרעינים אטומיים שהוצע על ידי הפיזיקאי הדני נילס בוהר (1936) כדי להסביר תגובות גרעיניות כתהליך דו-שלבי הכולל היווצרות גרעין ביניים ארוך-חיים יחסית וירידה לאחר מכן. ראשית, חלקיק מפגיז מאבד את כל האנרגיה שלו לגרעין המטרה והופך לחלק בלתי נפרד מגרעין חדש, נרגש מאוד, לא יציב, המכונה גרעין מורכב. שלב ההיווצרות אורך פרק זמן שווה בערך למרווח הזמן של החלקיק המפציץ לנוע על פני קוטר גרעין המטרה (בערך 10-21 שנייה). שנית, לאחר תקופה ארוכה יחסית של זמן (בדרך כלל בין 10 -19 ל 10 -15שנית) ובלי תלות בתכונותיהם של המגיבים, הגרעין המורכב מתפרק, לרוב לחלקיק קטן שנפלט וגרעין מוצר. לדוגמה, הגרעין המורכב סיליקון -28 נוצר על ידי הפגזת אלומיניום -27 באמצעות פרוטונים (גרעיני מימן -1). גרעין מורכב זה נרגש, או במצב אנרגיה גבוהה, והוא עשוי להתפורר למגנזיום -24 והליום -4 (חלקיק אלפא), סיליקון -27 ופרוטון, צורה יציבה יותר של סיליקון -28 וגמא- פוטון קרן, או נתרן -24 פלוס שלושה פרוטונים וניוטרון אחד.
מודל הגרעין המורכב מצליח מאוד בהסבר של תגובות גרעיניות הנגרמות על ידי חלקיקי הפגזות אנרגיה נמוכה יחסית (כלומר, טילים עם אנרגיות מתחת לכ 50 מיליון וולט אלקטרונים).
