自发裂变（英语：Spontaneous fission）是一种放射性衰变，只发生于原子量高的化学元素。由于元素的核结合能在原子量约为58个原子质量单位（u）时最高，因此更高质量的原子核会自发性分解为较小的数个原子核，以及一些单独的核子。

由于裂变形成的产物原子核有限制，所以在一些原子量大于92原子质量单位（a.m.u）的原子核也理论上能够进行自发裂变，而其自发裂变的概率随着原子量的上升而增加。

理论上能够自发裂变的最轻自然核素为铌-93和钼-94（原子序分别为41和42）。在自然产生的铌和钼同位素中却没有观察到自发裂变。它们一般是稳定同位素（在贝塔衰变稳定等压线（英语：beta-decay stable isobars）中，质量数A大于等于93的核素理论上都可以自发裂变（包括alpha衰变）。

时长允许观察的自发裂变只发生在原子量为232 a.m.u.或以上的原子核。其中最轻的同位素为钍-232，其半衰期大于宇宙的年龄。钍-232是仍存有进行自发裂变的证据的最轻原始核素。

已知元素中，最容易进行自发裂变的是高原子序的锕系元素中拥有奇数原子序的钔和铹，以及一些锕系后元素，如