临界事故是核反应堆发生链式反应导致功率失常激增引起的事故。事故中浓缩铀或钚等裂变材料中的链式反应能产生强烈的中子辐射，对人类伤害极大，并且会在周围环境中引发感生放射性。临界或超临界核裂变一般发生在反应堆堆芯内部或实验中。
“戈黛瓦夫人”(Lady Godiva assembly)安全运行时的状态
虽然临界事故危害较大，但是它一般达不到原子弹的设计条件，因此一般不会引发核爆炸。核反应产生的热量可能会让核材料膨胀，因此几秒之后材料又将处于亚临界状态，反应停止。在原子能的发展历程中，在反应堆外收集核裂变材料的时候曾经发生过60次临界事故，其中一些事故导致离事发地点较近的人员因接受了过量的辐射而死亡。不过，没有一起事故引起过爆炸。
1954年2月的事故对支撑杆造成的损坏。注意两幅图中的设备的不同之处。
事故原因
把铀或钚的单质、化合物或溶液混合起来，就有可能引发临界事故。决定混合物是否达到临界点(即是否发生临界反应)的因素包括：同位素的比例;材料的形状;溶液的化学组成;化合物或合金的类别;复合材料和周围材料。 预测材料达到临界状态的可能性的计算较复杂，因此民用和军用核设施都需要专人监控，以避免发生临界反应。
临界事故大致可分为两类。
1、操作事故，操作中所有的预防措施都失效的时候就会发生。
2、反应堆事故，反应堆失去控制，达到临界条件。根据反应的发展过程，可以把事故分为
四个类型：
一、瞬间发生，迅速达到临界条件的事故
二、只在短时间达到临界条件的事故
三、潜在事故
四、稳定发展的事故
可见现象：
1、蓝色辉光
(区别于电离空气辉光) 许多临界事故的发生都伴随这一道蓝色的辉光，能瞬间加热周围的物体。这种蓝色闪光(或者说辉光)常常被误以为是切连科夫辐射，因为这两种现象发出的闪光颜色相似，然而这仅仅是一个巧合。
图中的蓝光是一束被加速的粒子流(可能是氢核或者是氘核)电离周围空气产生的
临界事故发生的蓝色辉光是空气中被电离的激发态原子(或分子)回到非激发态的时候发出的光谱，主要是氧气和氮气产生的。因此空气中会产生电火花，甚至形成淡蓝色的闪电。切连科夫辐射产生的蓝光和被电离的空气发出的蓝光颜色非常相似，但这只是一个巧合，它们的形成原理差异很大。值得强调的是，据说臭氧的气味就是切尔诺贝利的液化器周围环境辐射过高的信号。 切连科夫辐射可能发出大量蓝光的唯一情况是，在后处理工厂里，高密度媒介(例如水和硝酸铀酰)中达到了临界条件。而且这只有在容器透明或者被打开的时候才能被观察到。
2、放热
一些经历过临界事故的人报告感觉到了“一股热浪”。不过我们仍不清楚这是对刚才发生的恐怖事件的一种心理反应，还是事故释放出的大量能量引发的一种确实存在的物理热效应(或者是非热能信号触发了皮肤中的热感受器)。例如，当路易斯·斯洛廷发生事故的时候大约发生了3×1015次裂变，但这产生的能量只能让皮肤温度上升百分之几度，但当时钚球中积累的能量大约有80kJ，足以把一个重6.2kg的钚球温度上升大约100℃(钚的比热大约为0.13 J·g−1·K−1)。金属的热辐射足以让附近的人感觉到温度上升。这个解释却不足以解释临界事故的受害者们的感受，因为离钚球几英尺远的人也感觉到了热。也有可能是电离辐射在细胞水平上造成的电离损伤和自由基的形成损坏了组织，使人感觉到灼热。
钚球被能反射中子的碳化钨钨裹，这是哈里·达利安在1945年进行的实验的场景重现
还有一种可能的解释是，产生热量的现象是在对蓝色辉光进行观察之后推理出来的。一份关于所有临界事故的目击报告显示，只有当出现蓝色辉光的时候才有热辐射。这也许暗示了这两种现象之间存在联系，而其中一种能被马上观察到。收集并分析周围较稠密(未被电离)的空气中的来自氮原子和氧原子的的辐射之后，人们发现大约30%的辐射处于紫外线波段，大约45%处于红外线波段。由于皮肤能以热量的形式感受到红外线，而紫外线能引起晒伤，这很可能解释了目击者感觉到热浪的原因。
斯洛廷事故的重现。在靠近手的地方有一个拇指洞的半球是铍做的，铍代替了“胖子”原子弹里填充的铀。下面一个较大的半球是铝做的。直径3.5英寸(89mm)的钚就是“恶魔核心”(和导致了达利安事故的是同一个)，当时它在两个半球中间，在外面可能看不见，不过可以根据旁边两个小的半球来想象它的尺寸。