Năng lượng hạt nhân được lưu trữ trong hạt nhân của nguyên tử và giữ các hạt nhân lại với nhau. Một lượng đáng kể năng lượng hạt nhân được giải phóng khi tách hoặc hợp nhất các hạt nhân.
Nguyên tử được tạo thành từ proton, neutron và electron. Hạt nhân chứa proton và neutron, và các electron quay quanh trung tâm này. Việc tách hoặc nung chảy các hạt nhân có thể giải phóng một lượng lớn năng lượng hạt nhân.
Sự phân hạch hạt nhân, quá trình tách hạt nhân của một nguyên tử, là một hệ thống giải phóng năng lượng được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân. Phá vỡ một nguyên tử uranium giải phóng các hạt được gọi là sản phẩm phân hạch. Các hạt này tạo ra một phản ứng dây chuyền khiến các nguyên tử tiếp tục tách ra. Nhiệt lượng sinh ra tạo ra hơi nước, dẫn động các tuabin và lưu trữ điện trong máy phát điện. Khoảng 15% năng lượng trên thế giới được cung cấp thông qua quá trình phân hạch hạt nhân.