Também conhecida como fissão nuclear, a divisão de um átomo resulta na redução de sua massa total, causando a liberação de uma quantidade relativamente grande de energia. Praticamente todos os átomos podem gerar energia nuclear desta forma, mas aqueles com a maior massa atômica fornecerão a maior parte da energia da fissão.
Os reatores nucleares dependem da fissão para gerar calor, o que faz com que as piscinas de resfriamento fervam, acionando turbinas a vapor. Em outros casos, é o processo de fissão repentino e violento que resulta em detonações nucleares que podem devastar grandes áreas geográficas. O processo em si é notavelmente eficiente, mas requer um grande investimento de energia inicial para gerar. Em oposição à fissão, o processo de fusão pelo qual dois átomos se unem gera várias vezes mais energia, mas não apresenta o risco de contaminação nuclear ou poluição. Da mesma forma, as barras de combustível de isótopos gastos permanecem perigosas por muitos milhares de anos, enquanto os materiais consumidos durante o processo de fusão permanecem seguros para manusear e transportar. O processo de fusão mais comum, o de converter hidrogênio e oxigênio em água, é freqüentemente o mais fácil e o mais frequentemente referido. Esses dois elementos não são apenas os mais abundantes, mas também se unem mais facilmente do que outros elementos.
