סוג של מאיץ חלקיקים 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 באבחון וטיפול במחלת הסרטן.
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 אשר מאיץ חלקיקים טעונים כשהם עוברים דרכו. בכל הציקלוטרון, כולל בחצאי הגליל, שורר שדה מגנטי אשר גורם לתנועה מעגלית של החלקיקים הטעונים, וכך הוא מחזיר אותם שוב ושוב לאזור ההאצה. מפני 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.
השימוש העיקרי של הציקלוטרונים היה ייצור איזוטופים רדיואקטיביים מגרעינים יציבים, על ידי הפצצתם בחלקיקים כמו פרוטונים וגרעיני דאוטריום בעלי אנרגיה מספיק גדולה כך שהם יוכלו להתגבר על כוח הדחיה בינם לבין הגרעינים במטרה, וליצור ראקציה גרעינית, כלומר להתמזג איתם (עם או בלי פליטה של חלקיקים אחרים) ובכך ליצור גרעינים מסוג חדש. לעצם התהליך 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 הן לצורך הפקת איזוטופים רדיואקטיביים, בעיקר לצרכים רפואיים, והן לצרכים 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 הן לצורכי ייצור שוטפים והן לצורכי מחקר. עיקר הייצור הוא של האיזוטופ פלואור-18 המיועד לשימוש בבתי חולים לאבחון סרטן ומחלות נוספות בעזרת PET.
