Jądra żelaza (56Fe) są najbardziej stabilnymi ze wszystkich jąder, co oznacza największą energię wiązania w przeliczeniu na jeden nukleon. Jądra masywniejsze od jąder żelaza mają stopniowo coraz mniejszą energię wiązania na nukleon. Dlatego rozszczepiając ciężkie jądro na mniejsze fragmenty, uzyskuje się energię. Podobnie dzieje się podczas łączenia jąder lżejszych od jądra żelaza. Różnice w energiach wiązania i, co za tym idzie, wydzielane ilości energii są tak duże, że następuje mierzalny spadek masy produktów takich reakcji jądrowych (część masy zamienia się na energię). Zmiana masy ma miejsce również podczas endotermicznych reakcji chemicznych gwałtownego utleniania (spalania) tradycyjnych paliw, ale jest ona w tym przypadku nieporównanie mniejsza. Reakcje jądrowe w przeliczeniu na jednostkę masy są około milion razy bardziej efektywne od reakcji chemicznych.
Reakcja rozszczepienia ciężkich jąder może być kontrolowana i jest to wykorzystywane w reaktorach jądrowych (znajdujących się w elektrowniach jądrowych). Najczęściej stosowanym surowcem jest uran-235. Wytwarzana w ten sposób energia wewnętrzna jest używana do napędzania turbin generatorów elektrycznych. W 2013 około 4,5%[1] energii zużywanej przez ludzkość, w tym prawie 11,5%[2] energii elektrycznej było produkowanej z energii jąder atomowych. W 2014 we Francji około 75%[3] energii elektrycznej dostarczała energetyka jądrowa (w Stanach Zjednoczonych było to około 19%[4]).
Od lat pięćdziesiątych XX wieku trwają prace nad kontrolowanym prowadzeniem reakcji fuzji lekkich jąder atomowych. Mimo wielu prób do tej pory nie udało się zbudować instalacji pozwalającej uzyskiwać użyteczną energię w sposób ciągły i stabilny.
