粒子与材料相互作用主要研究在各种粒子（包括原子、离子、中子和电子等）的辐照下，材料性能（力学、热学以及化学性质等）发生的变化。研究粒子与材料的相互作用，在核能领域显得尤为重要。无论是现在商业成熟的基于重元素裂变的压水堆还是处于研发阶段的聚变堆，核反应堆中的材料都处于高粒子通量、高温、高温度梯度的极端恶劣环境中。在这些粒子的辐照下，材料会发生肿胀、变硬、变脆、蠕变等等退化现象，影响材料的使用和寿命，并且威胁反应堆的运行安全。

目前我国已经成为全球核电机组在建规模最大的国家，提高现有核能系统的安全性、经济性和可靠性，以及开发建造新型高校核能系统都离不开高性能核燃料和材料的成功开发。搞清粒子与材料的相互作用机理，有助于理解核材料损伤，材料退化等现象，为新型耐辐照材料、事故容错燃料等等的设计和开发提供理论和实践支持。

粒子和材料相互作用的研究并不仅仅限于核材料领域。例如，在半导体工业。离子束被广泛地用于半导体的参杂，镀膜，表面改性；在材料表征领域，二次离子质谱仪（SIMS）、低能离子散射能谱仪（LEISS）等技术使得探测材料表面化学组成成为可能。