具有改进性能和功能的新型复合材料的开发和使用，是解决现代重大工程挑战的关键要求。在某些情况下，由研究堆或散裂中子源提供的中子成为研究材料的独特探测手段。
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材料研究
了解材料对于解决卫生、能源、国家安全和环境等领域的一系列新的社会学和技术需求至关重要。这反过来要求掌握各种实验和计算技术来揭示和优化材料性能。
中子束技术已经相当成熟，且已成为详细表征许多重要新材料及其处理过程中原子和磁性结构和动力学行为的关键技术。这大大提高了对诸如凝聚态物理与化学、纳米技术、高分子科学、生命科学、可持续能源研究、传感器和智能材料、生物技术、工程和考古学等领域的认识。
中子与物质有两种相互作用，使得中子散射成为材料研究的独特探测手段：即由于中子磁矩而产生的短程强核相互作用和电磁相互作用。由于中子没有净电荷，所以它们能穿透大块材料，使得金属物体对于中子透射基本上是透明的。
在许多其他工程功能中，热中子在复杂结构中定位氢原子和氧原子等轻原子、解决复杂磁性系统中磁矩的排列以及评估机械部件中的残余应力分布等方面起着至关重要的作用。这种应用的典型介质包括储氢材料、电解质和电池材料，以及磁性薄膜。同位素替代效应可用来识别诸如聚合物或生物分子中氢原子的精确位置。
