碳氮循环（汉语拼音：Tan Dan Xunhuan；英语：Carbon Nitrogen Cycle），由碳、氮起触媒作用，使4个氢核聚变为1个氦核的链式反应。其过程如下：

12C + 1H →13N +γ

13N → 13C + e+ + ve

13C + 1H→ 14N +γ

14N + 1H→15O +γ

15O→15N + e+ +ve

15N + 1H→12C + 4He式中e+、ve和γ分别是正电子、电子中微子和γ光子。整个过程中，12C并未消耗，只起触媒作用，而N、O等是中间产物，最终结果是4个氢核聚变成1个氦核。这个链式反应释放的能量为25.01兆电子伏。碳氮循环实际上还有另一分支过程。当温度高于1.7×107K时，最后一个反应将由以下循环替代：

15N + 1H→16O +γ

16O + 1H→17 F +γ

17 F→17O + e+ +ve

17O + 1H→14N + 4He。最后结果仍是产生氦核。由于有两个循环，上述的反应也称为碳氮双循环。

当温度很高时，碳氮循环的反应速率比质子-质子反应的高得多。对于大质量、高光度的主序星。碳氮循环是主要的能源。而像太阳这样的低光度主序星，质子-质子反应是主要的能源。