轻核聚变和重核裂变都可能释放能量，质量亏损对应束缚系统释放的结合能

核能与原子核结构变化所释放的能量有关。化学反应一般不改变参与原子的原子核组成。核反应中需要同时满足电荷和能量等守恒。核截面表征某类核反应发生概率的有效尺度。核反应截面往往明显依赖入射粒子的能量。魔数对应某些具有较高稳定性的核子数目。液滴模型从集体性质近似描述原子核行为。壳层模型强调核子在量子能级中的排布。超重元素的原子核通常具有较短寿命。

贝塔衰变涉及核内粒子转变与轻子发射。伽马衰变通常改变原子核能态而不改变核子数。放射性活度表示单位时间发生的衰变次数。贝可勒尔是国际单位制中的放射性活度单位。吸收剂量与物质单位质量获得的辐射能量有关。戈瑞与希沃特对应含义不同的辐射测量量。不同辐射在物质中的电离密度存在差异。阿尔法粒子穿透能力通常较弱而电离较强。

中子不带电但能通过核相互作用产生影响。核素指具有确定质子数和中子数的一类原子。稳定核素不会发生已知可观测的自发衰变。放射性同位素可以用于示踪物质迁移过程。碳十四测年依赖生物死亡后同位素比例变化。放射性测年需要选择适合目标年代的核素体系。核磁共振利用某些原子核磁矩的量子行为。磁共振成像通常不依赖电离辐射形成图像。