在核反应中，当入射粒子能量达到某一范围时，散射或反应截面迅速增大，截面值随能量的变化行为与经典物理学中熟知的共振现象一致。用量子力学对这个现象进行分析研究表明，这个共振现象的出现是由于在某一确定能量附近，入射粒子与靶核反应生成一个亚稳核态，经过一定时间后，该亚稳核态又衰变成末态粒子。这个被看作是入射粒子与靶核反应生成的亚稳核态就被称为共振态。共振态与通常的粒子或核激发态并无区别，有确定的自旋、宇称、同位旋等量子数；只是由于共振态寿命太短，能级有一定自然宽度，表现为共振态的质量分布在某一确定值附近一定的范围内。共振态寿命短是因为其通过强相互作用而衰变。共振态的宽度一般随共振能量的增大而增大。

核共振态的激发能一般超过核子的分离能，称为非束缚能级，不仅可以通过发射γ或内转换电子退激，还可以通过发射核子、α粒子或其他复合粒子衰变。