El sol y las estrellas son fuentes aparentemente inagotables de energía. Esa energía es el resultado de reacciones nucleares, en las que la materia se transforma en energía. En la tierra, hemos sido también capaces de aprovechar este mecanismo y utilizarlo de manera regular para generar energía. En la actualidad, la energía nuclear proporciona aproximadamente el 16% de la electricidad mundial.

A diferencia de las estrellas, los reactores nucleares utilizamos en la actualizad se basan en el principio de la fisión nuclear. Los científicos están trabajando día y noche para construir reactores de fusión, que tienen el potencial de proporcionar más energía con menos desventajas en comparación con los reactores de fisión.

Los núcleos atómicos pueden liberar energía bajo determinadas circunstancias. Por ejemplo, un isótopo radiactivo puede liberar espontáneamente energía al sufrir una desintegración radiactiva. Sin embargo, a veces un núcleo necesita un estímulo externo para liberar energía.

Tanto la Fisión Nuclear (la división de núcleos) como la Fusión Nuclear (la unión de núcleos) son procesos nucleares que dan lugar a la liberación de la energía que ya no es necesaria para el núcleo resultante después del proceso.

La energía nuclear que se libera en un proceso nuclear puede derivarse a partir de la diferencia de masa entre el núcleo original y sus productos de reacción. La famosa relación masa-energía de Einstein, E=mc², permite calcular el cambio en la energía (∆E) de un determinado núcleo si se mide el cambio en la masa del núcleo (∆m).

El término "fisión" viene del latín fissĭo que significa "rotura, escisión". En la fisión nuclear de la escisión de núcleos atómicos produce típicamente dos (o tres) núcleos más pequeños. Cuando se produce la fisión nuclear, la masa de los productos de reacción es menor que la masa original de las partículas del núcleo o de las partículas que reaccionan, lo que resulta en la liberación de la energía que era necesaria para mantener el núcleo original ligado. Este es el caso de elementos con núcleos pesados ​​(como el uranio).

El término "fusión" tiene su origen en el término latino fusĭo, con el significado de "unión", que en el mismo contexto significa la combinación de núcleos. En la fusión nuclear la masa total del producto de reacción (también llamado el núcleo hijo) es todavía menor que la masa original de las partículas que reaccionan, a pesar de que en este caso se combinen dos núcleos. Esto se debe a que se necesita menos energía para que átomos con núcleos más ligeros (de elementos tales como helio) existan fusionados, que para que existan individualmente. Por lo tanto, se libera energía cuando ocurre fusión de núcleos más ligeros. La fusión nuclear es más común que la fisión en la naturaleza y se obtiene más fácilmente con elementos más ligeros como el hidrógeno, el helio y el carbono.

En general, si un núcleo se forma "pegando" nucleones su masa es menor que la masa de los nucleones libres originales. Esta característica se denomina defecto de masa.

La energía nuclear se libera como energía cinética de las partículas producidas en el proceso, y también en forma de radiación electromagnética (rayos gamma). Las partículas de alta energía colisionan con los átomos en el material circundante, y se van frenando a medida que transfieren su energía a las partículas con las que chocan. Esto calienta el material circundante y es la razón por la que un trozo de material radiactivo está generalmente más caliente que su entorno.

La unidad de energía del Sistema Internacional, el julio (J), es demasiado grande para medir la energía liberada por un solo núcleo. En su lugar usamos por convención el MeV (millón de electronvoltios), donde 1 MeV = 10⁶ eV y 1 eV = 1,602177x10^-19 J.

Un proceso nuclear que libera una gran cantidad de energía es la fisión de un núcleo pesado. Por ejemplo, cuando un único núcleo ²³⁵U fisiona, se liberan alrededor de 200 MeV. Esta es una gran cantidad de energía, como puede verse a partir de algunas comparaciones:

1. la energía liberada cuando se quema un solo átomo de carbono en aire es de aproximadamente 4 eV (NO MeV), ¡unos cincuenta millones de veces menor!
2. la energía liberada en la desintegración alfa o beta es típicamente de unos pocos MeV.
3. la energía liberada en la fusión nuclear es del orden de 20 MeV.

La comparación más significativa es la que existe entre energías atómicas o moleculares y energías nucleares. Las primeras son siempre del orden de un millón de veces menores que la energía a escala nuclear. Esta es la razón por la que podemos conseguir un millón de veces más energía del uranio que del mismo peso de carbón.