Akcelerator cykliczny, w którym stosunkowo ciężkie cząstki (protony, jądra, jony) są przyspieszane polem elektrostatycznym o napięciu rzędu 100 kV i wysokiej częstości; pole jest wytwarzanie pomiędzy dwoma duantami, czyli płaskimi wydrążonymi półwalcami. Cząstki w cyklotronie poruszają się po torach spiralnych dzięki istnieniu stałego silnego pola magnetycznego prostopadłego do płaszczyzny przyspieszania. Zasada działania oparta jest na obserwacji, że przy pominięciu efektów relatywistycznych (tj. wzrostu masy przyspieszanych cząstek) częstotliwość obiegu cząstek naładowanych po torze kołowym W_k (częstość cyklotronowa) nie zależy od ich energii. Pozwala to łatwo zsynchronizować częstość obiegu cząstek z częstością zmian pola elektrycznego W_e według zależności: W_k = W_e = (e/m)/( H/c), gdzie e jest ładunkiem przyspieszanej cząstki, m jej masą, H wartością bezwzględna wektora natężenia pola magnetycznego, a c prędkością światła.

Cyklotron był najwcześniejszym akceleratorem cyklicznym. Pierwszy został skonstruowany przez E. Lawrence’a i M. Livingstone’a w Kalifornii w 1931.

Energia osiągalna za pomocą cyklotronu jest ograniczona przez efekty relatywistyczne, wpływające na opóźnianie się cząstek o dużych energiach względem zmian pola, doprowadzając do utraty efektywności przyspieszania. Częściowo można temu zaradzić, zwiększając pole magnetyczne wraz z promieniem – jest to idea konstrukcji cyklotronu izochronicznego.

W Polsce pierwszy cyklotron uruchomiony został w latach powojennych na Uniwersytecie Jagiellońskim, następnie został przeniesiony do Instytutu Fizyki Jądrowej (IFJ, również w Krakowie), gdzie był modernizowany i pracował do początku lat 90., osiągając energię protonów 3 MeV. Od lat 60. w IFJ pracuje większy cyklotron, pozwalający osiągać dwukrotnie wyższe energie protonów i przyspieszać cząstki alfa do energii 29 MeV. Aktualnie kończona jest w IFJ budowa cyklotronu izochronicznego.

Obecnie największym w Polsce cyklotronem jest cyklotron U-200, znajdujący się w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów w Warszawie. Średnica nabiegunnika głównego magnesu wynosi 2 m. Jest to cyklotron przyspieszający ciężkie jony do maksymalnej energii 10 MeV na jednostkę masy atomowej przyspieszanego jonu. Służy przede wszystkim do prac badawczych w zakresie fizyki jądra atomowego.