Spaltung und Fusion sind verschiedene Arten von Kernreaktionen, bei denen Energie aus den hochenergetischen Bindungen zwischen Teilchen im Atomkern freigesetzt wird. Der Atomkern ist am stabilsten, wenn die Bindungsenergien zwischen den Teilchen am stärksten sind. Dies tritt bei Eisen und Nickel auf. Bei leichteren Atomkernen kann Energie gewonnen werden, indem diese Kerne miteinander kombiniert werden, ein Prozess, der als Kernfusion bekannt ist. Kernen, die schwerer sind als die von Eisen oder Nickel, kann Energie gewonnen werden, indem man sie in einem Prozess namens Kernspaltung zerlegt.
Da die Bindungskraft im Atomkern enorme Energie enthält, können Kernreaktionen im Prinzip tonnenweise Kraft liefern. Praktische Erwägungen machen die Nutzung der Kernenergie jedoch schwieriger als so etwas wie das einfache Anzünden eines Feuers. Für die Spaltung müssen hochreine Rohstoffe, in der Regel Uran- oder Plutoniumisotope, verwendet werden. Isotope werden bevorzugt, weil sie aufgrund ihrer Instabilität leichter auseinanderbrechen. Die Reinigung dieser Isotope ist extrem teuer und erfordert Zentrifugen im Wert von mehreren Millionen Dollar.
Bei der Fusion muss eine extrem hohe Schwellenenergie erreicht werden, um Atomkerne zu verbinden, und die erforderliche Temperatur liegt im Millionenbereich. In der Natur findet dies nur im Kern eines Sterns statt. Überhitztes Plasma und die Fokussierung der Laserleistung sind zwei Methoden, um diese Schwellenenergie zu erreichen. Da die Materie, die als Fusionsmedium dient, so heiß sein muss, muss sie durch starke Magnetfelder oder durch Trägheitseindämmung von der umgebenden Materie isoliert werden, was das Prinzip des Tokamak-Reaktors ist. Dennoch benötigt die Fusion so viel Energie, dass noch niemand einen Reaktor gebaut hat, der mehr produziert als er verbraucht.
Die Schattenseiten der Kernspaltung umfassen sowohl radioaktive Nebenprodukte als auch ihre Verbindung mit Atomwaffen und Kernschmelzen. In den letzten zehn Jahren haben Kernphysiker sicherere Methoden zum Bau von Reaktoren entwickelt, einschließlich Methoden zum Recycling der radioaktiven Nebenprodukte. Diese Fortschritte haben die US-Regierung veranlasst, sich wieder für den Bau von Kernreaktoren einzusetzen.