Ba dạng thay đổi hạt nhân là phân hạch, nhiệt hạch và phân rã phóng xạ. Sự thay đổi hạt nhân xảy ra trong phản ứng hạt nhân làm thay đổi số lượng proton trong các sản phẩm phản ứng.
Sự thay đổi hạt nhân không giống như sự thay đổi hóa học bởi vì sự thay đổi hạt nhân làm biến đổi hạt nhân của nguyên tử. Trong phản ứng phân hạch hạt nhân, một nguyên tử nặng hơn sắt tách thành hai hoặc nhiều nguyên tử nhỏ hơn. Một ví dụ là uranium-235 phân tách thành bari-137, krypton-97 và một số neutron phụ. Sự phân hạch là một phản ứng tỏa nhiệt, có nghĩa là nó tạo ra năng lượng nhiệt. Quá trình này thường tạo ra neutron và photon tự do dưới dạng tia gamma, đồng thời giải phóng một lượng năng lượng rất lớn ngay cả bằng năng lượng tiêu chuẩn của sự phân rã phóng xạ.Phản ứng tổng hợp hạt nhân ngược lại với phản ứng phân hạch. Phản ứng nhiệt hạch bao gồm hai hoặc nhiều nguyên tử nhỏ hơn sắt kết hợp để tạo thành nguyên tử lớn hơn. Nhiệt hạch là những gì xảy ra trong mặt trời khi hai nguyên tử hydro hợp nhất với nhau thành heli. Nó cũng là một phản ứng tỏa nhiệt.
Có ba loại phân rã hạt nhân: alpha, beta và gamma. Trong phân rã alpha, số nguyên tử của nguyên tố phóng xạ giảm đi hai và một hạt alpha được phát ra. Trong phân rã beta, số nguyên tử của nguyên tố phóng xạ tăng thêm một và giải phóng một điện tử và một phản neutrino. Sự phân rã gamma không làm thay đổi danh tính mà là hình dạng của hạt nhân.
