El flujo de neutrones en las estrellas de la rama asintótica gigante y en las supernovas es responsable de que la mayor parte de la nucleosíntesis natural produzca elementos más pesados que el hierro. En las estrellas se genera un flujo de neutrones relativamente bajo, del orden de 10⁵ a 10¹¹ cm⁻²s⁻¹, lo que resulta en la nucleosíntesis mediante el proceso s (proceso lento de captura de neutrones). Por el contrario, después del colapso del núcleo de una supernova, se produce un flujo de neutrones extremadamente alto, del orden de 10³² cm⁻²s⁻¹,^[4]​ lo que se traduce en la nucleosíntesis mediante el proceso R (proceso rápido de captura de neutrones).

El flujo de neutrones atmosféricos de la Tierra, aparentemente procedente de tormentas eléctricas, puede alcanzar niveles de 3·10⁻² a 9·10⁺¹ cm⁻²s⁻¹.^[5]​^[6]​ Sin embargo, resultados recientes^[7]​ (considerados inválidos por los investigadores originales)^[8]​ obtenidos con detectores de neutrones de centelleo sin blindaje, muestran una disminución en el flujo de neutrones durante las tormentas. Investigaciones recientes parecen respaldar que los rayos generan entre 10¹³ y 10¹⁵ de neutrones por descarga a través de procesos fotonucleares.^[9]​

El flujo de neutrones artificial es creado por los seres humanos, ya sea como subproducto de armas, en la producción de energía nuclear o para una aplicación específica, como en un reactor de investigación o en un proceso de espalación. A menudo se utiliza un flujo de neutrones para iniciar la fisión de núcleos de gran tamaño inestables. Los neutrones adicionales pueden hacer que el núcleo se vuelva inestable, provocando que se desintegre (divida) para formar productos más estables. Este efecto es esencial en los reactores y en las armas nucleares.

Dentro de un reactor de fisión nuclear, el flujo de neutrones es la principal cantidad medida para controlar la reacción interna. La forma del flujo es el término que se aplica a la densidad o fuerza relativa del flujo a medida que se mueve alrededor del reactor. Normalmente, el flujo de neutrones más fuerte se produce en el centro del núcleo del reactor y disminuye hacia los bordes. Cuanto mayor sea el flujo de neutrones, mayor será la posibilidad de que se produzca una reacción nuclear, ya que hay más neutrones atravesando un área por unidad de tiempo.

Un recipiente del reactor de una central nuclear típica (PWR) soporta en 40 años (32 años de reactor completo) de funcionamiento aproximadamente 6,5×10¹⁹ cm⁻² (E > 1 MeV) de fluencia de neutrones.^[10]​ El flujo de neutrones hace que las vasijas del reactor sufran fragilización por neutrones.

• Radiación por neutrones
• Transporte de neutrones