原子在吸收中子后会变得不稳定，分裂成两个更小的原子核，同时释放出新的中子。这个过程会释放大量能量，就像炸开一个包一样。-235是常用的裂变材料，它需要至少五个-235原子聚集在一起才能引发链式反应。每次裂变大约能产生200兆电子伏特的能量，相当于两个普通家庭一年的用电量。这些能量来自原子核内质子和中子的结合能被强行拆散的过程。

原子核有92个质子和146个中子，当吸收一个中子变成143个中子时就会失衡。原子核像被摇晃的鸡蛋壳一样裂开，分裂成两个质量数相差不大的新原子核。比如一个-235原子可能分裂成氪-92和氙-142，同时释放三个新中子。每个裂变产生的中子又能引发更多裂变，就像多米诺骨牌一样。实验数据显示，1克-235完全裂变能释放8×10^10焦耳能量，相当于3万吨TNT。临界质量需要至少52.8公斤-235，才能维持链式反应持续进行。这些能量实质是原子核内强相互作用力被破坏后，质子和中子重新组合成更稳定原子核时释放的势能差。