第二次世界大战后期，美国将两颗原子弹投到日本广岛和长崎，造成数十万人死亡和城市毁坏的严重破坏力，是数百万颗普通炸弹所无法达到的。原子弹为什么有这么大的威力呢？
我们知道，普通化学反应释放的能量，主要是由于将原子保持在分子中的力，这种力仅同原子核外围的电子结构（特别是最外层的价电子）有关，当两个或两个以上的原子组成分子时，各个原子核外的电子运动状态和分布发生一定变化，把合拢在一块的所有原子核都笼罩包围起来。由于化合物分子的能量总是低于组成它的各个原子的能量之和，所以这些原子外围电子重新组合的过程会放出能量来，这部分能量称为化学结合能，像燃烧、氧化等化学反应所放出的能量也主要是原子核外电子变化的能量，即化学能。
类似的把质子、中子紧密结合在一起的力称为核力，它克服了质子之间的库仑排斥力，形成坚实的原子核。当质子和中子组成原子核时，也会放了能量，所以原子核的能量总是低于组成它的中子和质子能量之和，这部分能量就是核结合能。
由于质子和中子等核子相互作用比原子核外电子相互作用强大得多，所以核反应释放的能也就比化学反应释放的能大得多。根据理论计算，1公斤混合好的氧和碳发生化学反应生成一氧化碳会放出920千卡能量，而1公斤混合好的氧原子核和碳原子核发生核反应聚合成硅原子核，则可放出140亿千卡的能，是化学反应释放能的1 500万倍；又如，1公斤梯恩梯分解约释放1 000千卡能，而同样重量的水银发生核裂变则释放出100亿千卡的热量，是化学释放能的1 000万倍。实际测得相同质量核反应能是化学反应能的几百倍，例如，1公斤铀－235原子核裂变释放的能相当于3 000吨煤燃烧的能量；1公斤铀裂变产生的爆炸威力相当于2万吨梯恩梯的爆炸威力。
这么大的核能是从哪里来的呢，科学家们发现它是由质量转化来的。通常原子核的质量都小于组成它的质子和中子质量之和，即质量亏损，亏损的质量变成了原子核能。根据爱因斯坦质能关系式可以算出核反应能的大小。例如，重原子铀核裂变有01%质量转化为能，1公斤铀裂变则产生1014焦耳能量；而轻原子氢核聚变为氦时有05%转化为能量。
