מאיץ חלקיקים הוא מתקן המגביר את מהירותם של חלקיקים על ידי העברתם בשדות חשמליים ומגנטיים. הגברת המהירות שקולה למתן אנרגיה קינטית גבוהה לחלקיקים, המאפשרת ביצוע ניסויים פיזיקליים מגוונים.
בחלק ממאיצי החלקיקים גורמים להתנגשות של חלקיקים נעים במטרה נייחת או בחלקיקים נעים אחרים. את ההתנגשות מכוונים כך שתתרחש באזור של גלאי חלקיקים המאפשרים מעקב מתועד אחר תוצרי ההתנגשות. לימוד ועיבוד המידע הנאסף בגלאים מאפשר לפענח ולהבין את תכונותיהם של החלקיקים המרכיבים את החומר ביקום ואת הכוחות שמועברים ביניהם. אנרגיית התנגשות גבוהה יותר מאפשרת הצצה עמוקה יותר למבנה החומר וכוחות היסוד. בין השאר התגלו באמצעות מאיץ חלקיקים בוזוני W ו-Z והיסודות קליפורניום, מנדלביום, ניהוניום, מוסקוביום, טנסין ואוגנסון.
מאיצי החלקיקים הגדולים בנויים בצורת טבעת גדולה של אלקטרומגנטים. בעזרת שליטה על הזרם ניתן לשלוט בשדות האלקטרומגנטיים. השדה המגנטי בתורו מכוון את החלקיקים הטעונים. בנוסף שדה חשמלי חזק מאיץ את החלקיקים למהירויות גבוהות.
מאיצי חלקיקים גדולים קיימים במרכז המחקר CERN שעל גבול שווייץ-צרפת, ובארצות הברית – פרמילאב. היקף הטבעת הגדולה ביותר במאיץ LHC ב-CERN הוא כ-27 קילומטר. צריכת החשמל של המאיץ כה גדולה עד כי הפעלתו מוגבלת לחודשי הקיץ.