原子核由统称为核子的质子和中子所组成。质子带一个正电荷，中子不带电荷。原子核内的质子数就是原子核的电荷数，也叫原子序数（Z），原子核的核子数就是该核的质量数（A）。Z相同而A不相同的各种核称为同位素核。原子核内的中子数目与质子数目满足一定比值时，这类原子核是稳定核。质子过多或中子过多的核都是不稳定核或放射性核，它们会自发地以发射不同射线的方式释放出能量而转变为稳定核，此现象称为核衰变。
用中子、质子、氘核（含一个质子和一个中子）或其他更重的核轰击一种原子核，均可能发生核反应而产生另一种原子核，同时常会释放出巨大能量。核衰变与核反应过程中放出的能量统称为核能。
一个质量数较大的重原子核（如铀、钚核等）分裂成两个较轻的原子核（称裂变碎片或裂变产物核）称为裂变反应，此时释放的核能称为裂变能。两个质量数很小的核（如H-2与H-3核或称氘核与氚核）聚合为一个较重的核（如氦核）称为聚变，此时释放的核能称为聚变能。1000克铀原子核全部裂变，可释放出8.19×1013焦耳的裂变能，相当于2.7×106千克标准煤的燃烧热，1000克轻原子核的聚变能更是此值的3倍。
