原子核电荷半径表征了原子核势能的作用范围和大小，也是原子核外电子和核电磁相互作用的重要参数，在理论计算中扮演着重要的角色。原子核电荷半径的尺度在10^-15～10^-14米的量级。如果把该尺度放大到一根头发丝直径大小，则相同放大倍数下，普通人身高将被放大到约和地球到太阳的距离相当。

对于一些简单原子，如氢、氦原子的原子核电荷半径的测定，是检验量子电动力学理论及计算基本物理学常数的基本方法。而对一些简单原子的异核丰中子同位素（如⁶He、⁸He）的原子核电荷半径的分析，又是研究极端条件下原子核相互作用的重要手段，将帮助发展原子核力的有效模型，使得原子核结构、核相互作用，以及核反应可以被更精确地描述。原子核电荷均方半径被定义为：

式中为原子核电荷密度，满足：

实验上测量原子核电荷半径的方法主要有光谱测量方法、电子弹性散射测量方法。

原子或离子核外电子通常可以作为一个原子核结构的探针。理论上不同同位素之间，由于质量效应和原子核的有限尺寸效应，将导致电子跃迁谱线的能量有微弱的变化。其中质量效应占主导作用约在吉赫的量级，而原子核的有限大小效应，与原子核电荷半径相关，约为兆赫量级。如果能够精确地测量这一能级偏移，则通过和理论的比对就可以计算出原子核电荷半径的大小。该比对同时可以非常有效地检验量子电动力学理论。另外，通过μ子取代原子中的电子将得到对应的μ原子。μ原子的光谱跃迁受原子核的影响更大。其光谱数据得到的原子核电荷半径的大小，通常和普通原子光谱测量得到的原子核电荷半径比对，以检验当前的标准模型。

高能量的电子弹性散射实验，利用散射理论来分析可得到相关的原子核电荷分布。理论上电子弹性散射的微分截面与原子核的电荷半径相关，通过实验测量能量的电子，对应不同角度的微分截面，即可分析计算得到原子核的电荷半径。其中比较经典的实验是电子和质子散射实验，以及电子和氘核散射实验，它们和氢光谱和氘光谱实验一起决定了国际科技数据委员会（CODATA）中推荐的质子半径0.8414(19)飞米和氘核半径2.12799(74)飞米。