轻核聚变和重核裂变都可能释放能量-单位核子结合能有助于比较原子核稳定程度-某些裂变过程同时放出中子并释放大量能量

原子核由质子和中子等核子构成。质子带正电而中子在整体上不带电。核力在很短距离内维系许多原子核结构。强相互作用的剩余效应形成核子之间的核力。核结合能表示把原子核拆散所需的能量。质量亏损对应束缚系统释放的结合能。单位核子结合能有助于比较原子核稳定程度。轻核聚变和重核裂变都可能释放能量。

核聚变需要克服或穿过带电核之间的势垒。太阳内部主要依靠轻核聚变维持能量输出。核裂变可以把重核分成较轻的核碎片。某些裂变过程同时放出中子并释放大量能量。链式反应依靠新生中子诱发后续核裂变。临界状态对应链式反应平均能够自持。反应堆控制棒通过吸收中子调节反应过程。慢化剂使部分中子的平均动能降低。

冷却剂负责带走反应堆中产生的热量。核反应堆并不都使用相同类型的慢化剂。放射性衰变是某些不稳定核自发转变的过程。单个放射性原子的衰变时刻具有随机性。大量原子的衰变数量遵循稳定的统计规律。半衰期表示未衰变原子核数减半所需时间。经过一个半衰期并非所有原子都已衰变。阿尔法衰变通常放出由两个质子和两个中子组成的粒子。

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。