Nguyên lý của phương pháp phân tích kích hoạt hạt nhân là biến các đồng vị bền thành những đồng vị phóng xạ thông qua các phản ứng hạt nhân. Trên cơ sở đo năng lượng của các tia bức xạ và chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ nói trên có thể nhận diện được các nguyên tố đã tham gia phản ứng. Hàm lượng của chúng được xác định dựa vào cường độ của các tia bức xạ.
Phân tích kích hoạt có thể thực hiện với tất cả các loại phản ứng hạt nhân tạo thành đồng vị phóng xạ. Trong thực tế chủ yếu sử dụng các phản ứng hạt nhân gây bởi nơtron và photon, một số ít trường hợp cũng sử dụng các phản ứng hạt nhân xảy ra với các hạt mang điện. Chính vì vậy, trong một số trường hợp phương pháp phân tích kích hoạt còn được gọi theo tên của bức xạ kích hoạt như
phân tích kích hoạt nơtron (NAA), phân tích kích hoạt photon (PAA),...Ban đầu NAA sử dụng nơtron nhiệt nên được gọi là phân tích kích hoạt nơtron nhiệt (TNAA) để phân biệt với các phương pháp khác như: phân tích kích hoạt nơtron nhanh (FNAA), phân tích kích hoạt nơtron dụng cụ (INAA), phân tích kích hoạt nơtron hoá học (CNAA). Phân tích kích hoạt nơtron gamma tức thời (PGNAA) là một trường hợp riêng của phân tích kích hoạt nơtron, việc kích hoạt mẫu và đo bức xạ phải được thực hiện đồng thời.
Một quy trình phân tích kích hoạt bao gồm các bước chủ yếu sau: ước tính độ nhạy phân tích kích hoạt, gia công và kích hoạt mẫu, xử lý hoá học mẫu sau khi kích hoạt (nếu cần), đo hoạt độ phóng xạ, xử lý số liệu. Muốn đo hoạt độ phóng xạ của các đồng vị cần lựa chọn bức xạ, detector và kỹ thuật đo. Mục đích của sự lựa chọn là tăng hiệu suất ghi, tăng khả năng chọn lọc bức xạ và tăng tỷ số tín hiệu (diện tích đỉnh phổ) trên phông.
NAA với việc nhận diện đồng vị và xác định hàm lượng căn cứ vào năng lượng và cường độ của các tia γ là công cụ hữu ích để phân tích một loạt nguyên tố vì phần lớn các đồng vị phóng xạ phân rã có phát ra tia γ.