La fisión y la fusión son diferentes tipos de reacciones nucleares en las que se libera energía de los enlaces de alta potencia entre las partículas del núcleo atómico. El núcleo atómico es más estable cuando las energías de unión entre partículas son más fuertes. Esto ocurre con el hierro y el níquel. Para núcleos atómicos más ligeros, se puede extraer energía combinando estos núcleos, un proceso conocido como fusión nuclear. Para núcleos más pesados que los de hierro o níquel, la energía se puede extraer dividiéndolos en un proceso llamado fisión nuclear.
Debido a que la fuerza de unión en el núcleo atómico contiene una enorme energía, las reacciones nucleares pueden proporcionar toneladas de energía, en principio. Sin embargo, las consideraciones prácticas hacen que la explotación de la energía nuclear sea más difícil que algo tan simple como iniciar un incendio. Para la fisión, se debe utilizar materia prima altamente purificada, generalmente isótopos de uranio o plutonio. Se favorecen los isótopos porque su inestabilidad los hace más fáciles de romper. La purificación de estos isótopos es extremadamente cara y requiere centrifugadoras multimillonarias.
En la fusión, se debe alcanzar un umbral de energía extremadamente alto para combinar núcleos atómicos, y la temperatura requerida es de millones de grados. En la naturaleza, el único lugar donde ocurre esto es en el núcleo de una estrella. El plasma sobrecalentado y el enfoque de la potencia del láser son dos métodos para lograr este umbral de energía. Debido a que la materia que sirve como medio de fusión debe estar muy caliente, debe aislarse de la materia circundante mediante potentes campos magnéticos o contención inercial, que es el principio detrás del reactor Tokamak. Aún así, la fusión requiere tanta energía que nadie ha construido todavía un reactor que produzca más de lo que consume.
Las desventajas del poder de fisión incluyen tanto los subproductos radiactivos como su asociación con armas nucleares y fusiones. En la última década, los físicos nucleares han desarrollado formas más seguras de construir reactores, incluidos métodos para reciclar los subproductos radiactivos. Estos avances han hecho que el gobierno de Estados Unidos comience a abogar nuevamente por la construcción de reactores nucleares.