Le neutrino est une particule élémentaire. Il possède un spin de 1/2, c'est donc un fermion. Selon le modèle standard de la physique des particules, sa masse est nulle; toutefois, des expériences récentes (Superbe-Kamiokande) ont montré que celle-ci, bien que très petite, est différente de zéro.

L'existence du neutrino a été postulé pour la première fois par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta.

Les neutrinos interagissent uniquement par l'intermédiaire de l'interaction faible et sont insensibles à l'interaction forte et aux interactions électromagnétiques.

Puisque le neutrino n'interagit que fort peu, en se déplaçant dans la matière ordinaire sa probabilité d'interagir est très petite. Il faudrait une épaisseur d'une année lumière de plomb pour arrêter la moitié des neutrinos qui la traverse. Les détecteurs de neutrinos contiennent donc typiquement des centaines de tonnes d'un matériau construit de telle façon que quelques atomes par jour interagissent avec les neutrinos entrants. Dans une supernova qui s'effondre, la densité dans le noyau devient suffisamment élevée (10¹⁴grammes/cm3) pour que les neutrinos produits puissent être détectés.

Il existe trois genres, ou saveurs de neutrinos : le neutrino électronique ou neutrino-électron ν_e, le neutrino muonique ou neutrino-muon ν_μ et le neutrino tauique ou neutrino-tau ν_τ. Ils sont appelés d'après le lepton qui leur est associé dans le modèle standard. Des expériences récentes, notamment celle de Super-Kamiokande en 1998 et celle menée au Sudbury Neutrino Observatory en 2002, ont montré que les neutrinos peuvent, par l'intermédiaire d'un phénomène appelé oscillation du neutrino, se transformer continuellement d'une forme de saveur en une autre. Ce phénomène n'est possible que si les neutrinos possèdent une masse et que celle-ci soit différente pour chaque saveur. La découverte de ce phénomène à permis de fournir une solution au problème des neutrinos solaires.

Un autre problème en astrophysique qui concernait les neutrinos est celui de la matière sombre, la masse "manquante" de l'univers. En effet, l'univers semble contenir beaucoup plus de matière que celle qui est détectable par le rayonnement qu'elle émet. Cette matière qui n'émet pas de lumière, d'où le terme matière sombre, est toutefois détectable par l'influence gravitationelle qu'elle exerce sur la matière visible comme les étoiles et les galaxies, et, jusqu'à récemment, on pensait que si les neutrinos possédaient une masse ils pourraient peut-être constituer la matière sombre. Toutefois, selon les connaissances actuelles, la masse des neutrinos est bien trop petite pour que les neutrinos puissent contribuer à une fraction significative de la matière sombre.

La majeure partie de l'énergie dégagée lors de l'effondrement d'une supernova est rayonnée au loin sous la forme de neutrinos produits quand les protons et les électrons se combinent dans le noyau pour former des neutrons. Ces effondrements de supernova produisent d'immenses quantités de neutrinos. La première preuve expérimentale de ceci fut fournie en 1987, quand des neutrinos provenant de la supernova 1987a ont été détectés.

Détecteurs de neutrinos