裂变多指核裂变，是一个重原子的原子核分裂为两个或更多较轻原子核、并在分裂时两到三个自由中子并释放巨大能量的过程。裂变时释放的能量是相当巨大的，1千克铀全部裂变释放的能量超过2000吨煤完全燃烧时释放的热量。

不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触发裂变。由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原子弹(实际上是核弹)和用于发电的核反应堆(受控的缓慢裂变)的能量释放过程。

聚变反应： 除了重原子核铀235、钚239等的裂变能释放核能外，还有另一种核反应，即轻原子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时也能放出巨大能量。核聚变的原理是：在标准的地面温度下，物质的原子核彼此靠近的程度只能达到原子的电子壳层所允许的程度。因此，原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近，结果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温度，就可增大原子核动能。因此，聚变反应对温度极其敏感，在常温下其反应速度极小，只有在1400万到1亿度的绝对温度条件下，反应速度才能大到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应叫作热核反应，由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如此高温高压，只能由裂变反应提供。但目前，科学家也已研究出了其他一些方法，比如：用多束激光照在同一个点上，就可以产生出超高温等等。利用聚变反应的另一大问题就是，没有可以用来盛放聚变反应的物质，地球上的物质都会在高温下熔化。但是由于聚变反应的辐射污染，比裂变要小得多，所以科学家还在不断探索当中。

热核材料: 核聚变反应一般只能在轻元素的原子核之间发生，如氢的同位素氘和氚，它们原子核间的静电斥力最小，在相对较低的温度（近千万摄氏度）即可激发明显的聚变反应生成氦，而且反应释放出的能量大，一千克聚变反应装药放出的能量约为核裂变的七倍。但在热核武器中不是使用在常温下呈气态的氘和氚。氘采用常温下是固态化合物的氘化锂，而氚则由核武器进行聚变反应过程中由中子轰击锂的同位素而产生。1942年，美国科学家在研制原子弹过程中，推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃氢核引起聚变，并以此制造威力比原子弹更大的超级弹。1952年1月，美国进行了世界上首次代号“迈克”的氢弹原理试验，爆炸威力超过1000万吨当量，但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨，不能作为武器使用，直到固态氘化锂作为热核装料的试验成功，氢弹的实际应用才成为可能。中国于1966年12月28日成功进行了氢弹原理试验，1969年6月17日，由飞机空投的300万吨级氢弹试验圆满成功。