Разделе́ние изото́пов — технологический процесс изменения изотопного состава вещества, состоящего из смеси различных изотопов одного химического элемента. Из одной смеси изотопов или химических соединений на выходе процесса получают две смеси: одна с повышенным содержанием требуемого изотопа (обогащённая смесь), другая с пониженным (обеднённая смесь).
Основное применение процесса разделения изотопов — обогащение урана изотопом 235U для производства ядерного топлива, оружейных ядерных материалов и прочих применений, связанных с использованием радиоактивных веществ.
Промышленную работу по разделению изотопов измеряют в единицах работы разделения (ЕРР). Для определённого изменения изотопного состава определённой исходной смеси требуется одинаковое количество ЕРР, независимо от технологии разделения изотопов.
Разделение изотопов (например извлечение 6Li, 235U, D) всегда сопряжено со значительными трудностями и энергетическими затратами, ибо изотопы, представляющие собой мало отличающиеся по массе вариации одного элемента, химически ведут себя практически одинаково. Но скорость протекания некоторых реакций немного отличается в зависимости от массы изотопа элемента, кроме того, можно использовать различие в их физических свойствах — например в массе.
Так как различия в свойствах изотопов настолько малы, за одну стадию разделения вещество обогащается на сотые доли процента целевым изотопом, и поэтому приходится повторять процесс разделения многократно.
Технологически это осуществляется последовательным пропуском разделяемого объёма изотопов через однотипные ячейки, производящие разделение — так называемые каскады. Для получения необходимой степени разделения, каскадов может быть несколько тысяч соединённых последовательно, а для получения необходимого объёма - десятки и сотни тысяч таких последовательных групп каскадов включённых параллельно.