Có hai dạng năng lượng hạt nhân: phân hạch và nhiệt hạch. Sự phân hạch xảy ra khi một nguyên tử bị tách ra, giải phóng một vụ nổ năng lượng và các hạt. Nhiệt hạch xảy ra khi hai nguyên tử kết hợp với nhau để tạo thành một hoặc nhiều nguyên tử mới. Sự phân hạch cung cấp năng lượng cho các lò phản ứng hạt nhân hiện đại, trong khi nhiệt hạch cung cấp năng lượng cho mặt trời.
Sự phân hạch hạt nhân được phát triển trong Thế chiến II, ban đầu để cung cấp năng lượng cho các loại vũ khí có sức tàn phá lớn. Tuy nhiên, khi phản ứng được kiểm soát cẩn thận, năng lượng có thể được khai thác và sử dụng không phá hủy. Hầu hết các lò phản ứng phân hạch sử dụng uranium, nhưng vẫn tồn tại các thiết kế thay thế sử dụng plutonium hoặc thorium. Các lò phản ứng này sử dụng sự phân hạch để tạo ra nhiệt, nước sôi và hơi nước tạo thành để cung cấp năng lượng cho các tuabin điện.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là một phản ứng khó khai thác hơn nhiều. Phản ứng tổng hợp hạt nhân không kiểm soát được thực hiện vào năm 1951 và được sử dụng để phát triển bom nhiệt hạch, nhưng một phản ứng có kiểm soát rất khó duy trì cho mục đích tạo ra năng lượng. Nhiệt độ liên quan đến phản ứng nhiệt hạch khiến việc ngăn chặn trở nên khó khăn và cần có sự cân bằng nhiên liệu phù hợp để duy trì phản ứng nhiệt hạch đủ lâu để khai thác năng lượng của nó.
Mặc dù cả quá trình phân hạch và nhiệt hạch đều được sử dụng để phát triển vũ khí, nhưng phản ứng tổng hợp là một công nghệ an toàn hơn nhiều so với phân hạch. Một phản ứng phân hạch, một khi đã bắt đầu, phải được duy trì cẩn thận để ngăn chặn một dòng thác chạy trốn, trong đó ngày càng nhiều nguyên tử tách ra và giải phóng quá nhiều năng lượng. Mặt khác, nhiệt hạch đòi hỏi sự cân bằng cẩn thận của các điều kiện để xảy ra và nếu những điều kiện đó thay đổi, phản ứng sẽ tự tắt.
