Nükleer fisyon bir tür nükleer reaksiyondur. Bir atomun daha küçük atomlara ayrılmasıdır. Bazı fisyon reaksiyonları çok fazla enerji açığa çıkarır ve nükleer silahlarda ve nükleer reaktörlerde kullanılır. Nükleer fisyon Aralık 1938'de Berlin'de Alman nükleer kimyager Otto Hahn ve asistanı Fritz Strassmann tarafından keşfedilmiştir.
Atom, kimyasal bir elementi (örneğin hidrojen, oksijen, magnezyum) oluşturan en küçük parçacıktır. Tüm atomlar çok küçüktür. Atomlar üç bileşenden ya da parçacıktan oluşur: Protonlar, nötronlar ve elektronlar. Protonlar ve nötronlar, her atomun merkezinde çekirdek adı verilen bir top içinde bir araya toplanmıştır. Elektronlar 'elektron bulutu' içinde çekirdeğin etrafında yörüngede dolanır. Uranyum ve plütonyum gibi büyük çekirdeğe sahip elementler fisyona uğrayabilir.
(Nispeten) çok büyük bir atom çekirdeğine yavaş hareket eden bir nötron çarparsa, bazen kararsız hale gelir ve iki çekirdeğe ayrılır. Çekirdek parçalandığında (ya da bölündüğünde) çoğunlukla gama ışınları ve ısı olarak enerji açığa çıkar. Ayrıca çekirdekten bazı nötronların salınmasına da neden olur.
Birkaç izotop için (aynı miktarda protona ancak farklı miktarda nötrona sahip bir atom) bu tür bir fisyon çok sayıda nötron açığa çıkarabilir. Bu nötronlar daha sonra başka atomlara çarparsa, diğer atomların bölünmesine neden olurlar. Bu tekrar tekrar gerçekleşebilir. Buna nükleer zincirleme reaksiyon denir ve çok hızlı bir şekilde büyük miktarlarda enerji açığa çıkarabilir. Bir nükleer zincirleme reaksiyonun açığa çıkardığı enerji miktarı kiloton cinsinden ölçülür. Bir kiloton, bin ton TNT'nin (trinitrotoluen) enerjisine eşittir.
Bir nükleer bombada, çok büyük bir patlama olması için bunun çok hızlı bir şekilde gerçekleşmesi gerekir. Bir nükleer reaktörde ise ısı üretmek için bunun yavaş gerçekleşmesi gerekir. Isı, suyu kaynatarak buhar haline getirmek için kullanılır, bu da elektrik üretmek için bir buhar türbinini döndürür.
