סוג של מאיץ חלקיקים (מעגלי) בו נעשה שימוש בשדה מגנטי על מנת לגרום לחלקיקים לנוע במסלולים מעגליים ולחזור כל פעם לאזור קטן בו הם מואצים על ידי שדה חשמלי.
הציקלוטרון הומצא בתחילת שנות ה-30 של המאה העשרים על ידי המדען האמריקני ארנסט לורנס, שקיבל על המצאתו זו את פרס נובל לפיזיקה לשנת 1939. מאז המצאתו ועד אמצע שנות ה-40 שלט הציקלוטרון בתחום המאיצים לאנרגיות גבוהות. גם כיום, כשקיימים מאיצים חזקים בהרבה, עדיין נעשה שימוש בציקלוטרונים לצרכים מחקריים ומעשיים מסוימים, בין היתר ליצור איזוטופים רדיואקטיבים עבור רדיו-תרופות, המשמשות לאבחון מחלות שונות.
הציקלוטרון בנוי משני חצאי גליל הנקראים "די" (בשל צורתם, המזכירה את האות האנגלית D) שמוחזקים בהפרש פוטנציאלים זה מזה, כך שביניהם נמצא אזור בו קיים שדה חשמלי , המאיץ חלקיקים טעונים כשהם עוברים דרכו. בכל הציקלוטרון, כולל בחצאי הגליל, שורר שדה מגנטי, הגורם לתנועה מעגלית של החלקיקים הטעונים, וכך הוא מחזיר אותם שוב ושוב לאזור ההאצה. מאחר שתדירות הסיבוב של חלקיק טעון בשדה מגנטי אינה משתנה עם מהירותו, ניתן להשתמש בשדה חשמלי שמתנודד באותה תדירות, כך שבכל פעם שהחלקיק יוצא מאחד מחצאי הגלילים, השדה החשמלי יהיה בכיוון שמאיץ אותו בדרכו לחצי-הגליל השני.
ציקלוטרונים משמשים בעיקר לייצור איזוטופים רדיואקטיביים על ידי הפגזת גרעינים (איזוטופים) יציבים בחלקיקים כגון פרוטונים וגרעיני דאוטריום, שלהם אנרגיה מספיק גדולה כדי להתגבר על כוח הדחיה בינם לבין גרעיני המטרה. הפגזה זו יוצרת ראקציה גרעינית, המאפשרת התמזגות הגרעינים (עם או בלי פליטה של חלקיקים אחרים) ליצירת גרעין מסוג חדש. לתהליך זה הייתה חשיבות רבה בחקר מבנה הגרעין והאינטראקציות השולטות בו. גם לתוצרים הייתה חשיבות רבה. בדרך זו יוצרו בהתחלה איזוטופים רדיואקטיביים של אטומים ידועים, והחל השימוש בהם לצרכים שונים, בהם צרכים רפואיים. לאחר מכן התגלו בדרך זו יסודות חדשים. הראשון בהם היה הטכנציום, ואחר כך גם יסודות טרנס-אורניים, ובראשם הפלוטוניום. כיום, משתמשים בהם לצורך הפקת איזוטופים רדיואקטיביים, בעיקר לצרכים רפואיים, ולצרכים שונים של מחקר יישומי.
בישראל קיימים כיום ארבעה ציקלוטרונים. שניים מהם נמצאים בבי"ח הדסה עין כרם ומופעלים ע"י חברת ש.ר.י. המכשירים משמשים לצורכי ייצור שוטף ולצורכי מחקר. חלק הארי של הייצור מוקדש לאיזוטופ פלואור-18 המיועד לסימון מספר רב של רדיו-תרופות, המשמשות בתי חולים רבים לצורך אבחון סרטן ומחלות נוספות באמצעות דימות PET (positron emission tomography).
