原子核由质子和中子等核子构成，太阳内部主要依靠轻核聚变维持能量输出_原子核与核反应

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。

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。

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。