裂變釋放能量是與原子核中質量－能量的儲存方式有關。從最重的元素一直到鐵，能量儲存效率基本上是連續變化的，所以，重核能夠分裂為較輕核(到鐵為止)的任何過程在能量關系上都是有利的。如果較重元素的核能夠分裂并形成較輕的核，就會發生質量虧損，并轉變為能量釋放出來（需要注意，核裂變本身并不釋放能量）。
然而，很多這類重元素的核一旦在恒星內部形成，即使在形成時要求輸入能量(取自超新星爆發)，它們卻是很穩定的。不穩定的重核，比如鈾-235的核，可以自發裂變。快速運動的中子撞擊不穩定核時，也能觸發裂變。由于裂變本身釋放分裂的核內中子，所以如果將足夠數量的放射性物質(如鈾-235)堆在一起，那么一個核的自發裂變將觸發近旁兩個或更多核的裂變，其中每一個至少又觸發另外兩個核的裂變，依此類推而發生所謂的鏈式反應。這就是稱之為原子彈(實際上是核彈)和用于發電的核反應堆(通過受控的緩慢方式)的能量釋放過程。
對于核彈，鏈式反應是失控的爆炸，因為每個核的裂變引起另外好幾個核的裂變。對于核反應堆，反應進行的速率用插入控制棒來控制，使得平均起來每個核的裂變正好引發另外一個核的裂變。核裂變所釋放的高能量中子移動速度極高(快中子)，因此必須通過減速，以增加其撞擊原子的機會，同時引發更多核裂變。一般商用核反應堆多使用慢化劑將高能量中子速度減慢，變成低能量的中子(熱中子)。商營核反應堆普遍采用鎘棒、石墨和較昂貴的重水作為慢化劑。