Na fissão nuclear, a energia é liberada pela divisão do núcleo normalmente em dois pedaços menores e de massas comparáveis – para núcleos pesados, existe a fissão em mais de dois pedaços, mas é muito rara, uma em 1 milhão para urânio. Pela lei de conservação de energia, a soma das energias dos novos núcleos mais a energia liberada para o ambiente em forma de energia cinética dos produtos de fissão e dos nêutrons liberados deve ser igual à energia total do núcleo original.

A fissão do núcleo raramente ocorre de forma espontânea na natureza, mas pode ser induzida se bombardearmos núcleos pesados com um nêutron, que, ao ser absorvido, torna o núcleo instável.

O 235U, por exemplo, ao ser bombardeado com um nêutron, fissiona em dois pedaços menores, emitindo normalmente dois ou três nêutrons (figura 1). Se houver outros núcleos de 235U próximos, eles têm uma certa chance de ser atingidos pelos nêutrons produzidos na fissão. Se houver um grande número disponível de núcleos de urânio-235, a probabilidade de ocorrerem novas fissões será alta, gerando novos nêutrons, que irão gerar novas fissões.

Figura 1. Processo de Fissão Nuclear

Esse processo sucessivo é chamado reação em cadeia (figura 2, abaixo). Controlando-se o número de nêutrons produzidos e a quantidade de 235U, pode-se controlar a taxa de fissão ao longo do tempo. Essa reação em cadeia, denominada controlada, é o processo utilizado em um reator nuclear. Já em uma bomba atômica, as fissões ocorrem todas em um intervalo de tempo muito curto, gerando uma enorme quantidade de energia e provocando a explosão.

O que torna o urânio conveniente para uso como combustível é a grande quantidade de energia liberada por esse elemento ao se fissionar.