Nhiệt hạch và phân hạch đều là phản ứng năng lượng xảy ra ở cấp độ hạt nhân nguyên tử. Cả hai quá trình đều đòi hỏi sự biến đổi của nguyên tố ban đầu thành nguyên tố khác nhẹ hơn hoặc nặng hơn, và cả hai đều giải phóng năng lượng tại một tỷ lệ có thể dự đoán được. Phương trình được sử dụng để mô tả sự chuyển đổi vật chất thành năng lượng là giống nhau trong cả hai trường hợp: E = mc ^ 2.
Nhiệt hạch là một cách mà các nguyên tố nhẹ có thể tạo ra năng lượng bằng cách kết hợp với nhau để tạo thành một nguyên tố mới nặng hơn. Sự phân hạch trả lại một phần năng lượng khi một nguyên tố nặng tách thành các nguyên tố con. Trong mỗi trường hợp, hai nguyên tố nhẹ hơn, khi cộng lại với nhau, có khối lượng nhỏ hơn một chút so với nguyên tử đơn lẻ bắt đầu hoặc kết thúc quá trình. Sự khác biệt về khối lượng giữa các nguyên tố mẹ và nguyên tố con là những gì được chuyển thành năng lượng trong một trong hai phản ứng. Năng lượng được giải phóng dưới dạng bức xạ, mặc dù loại bức xạ khác nhau tùy theo nguyên tố và có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng như một phần của phản ứng dây chuyền có kiểm soát hoặc để phát nổ với một lực đáng kể. Thật không may, mặc dù quá trình phân hạch tương đối dễ bắt đầu và dễ kiểm soát, phản ứng nhiệt hạch đòi hỏi rất nhiều năng lượng để bắt đầu, điều này đã làm trì hoãn sự phát triển của các lò phản ứng nhiệt hạch đang hoạt động.
