Definita anche fissione nucleare, la divisione di un atomo determina la riduzione della sua massa complessiva, causando il rilascio di una quantità relativamente elevata di energia. Praticamente ogni atomo può generare energia nucleare in questo modo, ma quelli con la più grande massa atomica forniranno più energia dalla fissione.
I reattori nucleari si affidano alla fissione per generare calore, che quindi fa bollire le piscine di raffreddamento, guidando le turbine a vapore. In altri casi, è il processo di fissione improvviso e violento che provoca detonazioni nucleari che possono devastare enormi aree geografiche. Il processo stesso è straordinariamente efficiente, ma richiede un grande investimento di energia iniziale da generare. In opposizione alla fissione, il processo di fusione con il quale due atomi sono uniti genera più volte più energia, ma non presenta il rischio di contaminazione o inquinamento nucleare. Inoltre, le barre di combustibile isotopiche esaurite rimangono pericolose per molte migliaia di anni mentre i materiali consumati durante il processo di fusione rimangono sicuri da maneggiare e trasportare. Il processo di fusione più comune, quello di convertire idrogeno e ossigeno in acqua, è spesso il più semplice e più frequentemente indicato. Non solo questi due elementi sono i più abbondanti, ma si uniscono anche più facilmente degli altri elementi.
