Energija vezanja je energija potrebna za uklanjanje čestice iz atoma. Svaki dio atoma ima energiju vezanja, ali se izraz obično koristi za označavanje energije potrebnu za cijepanje jezgre atoma. Ova energija je sastavni dio rasprava o nuklearnoj fisiji i fuziji. Energija vezanja elektrona češće se naziva energija ionizacije.
Energija u nuklearnim vezama može se promatrati mjerenjem mase atoma, koja je manja od zbroja mase njegovih komponenti. To je zato što se dio mase nuklearnih čestica pretvara u energiju prema jednadžbi E=mc2. Masa koja nedostaje izvor je energije vezivanja. Najmanji atomi imaju najnižu nuklearnu energiju vezanja. Ima tendenciju povećanja s atomskim brojem sve do željeza, koje ima najveću energiju vezanja; veći atomi su nestabilniji.
Jezgre se sastoje od protona i neutrona. Slični naboji odbijaju. Protoni su pozitivno nabijeni, a neutroni, koji su neutralni, ne pružaju balansirajući negativni naboj. Veze jezgre moraju biti dovoljno jake da svladaju odbojne sile pozitivnih naboja na protone. Posljedično, u tim je vezama pohranjena velika količina energije.
Procesi nuklearne fisije i fuzije oslanjaju se na oslobađanje nuklearne energije vezanja. U fuziji se deuterij, atom vodika s jednim neutronom, i tricij, atom vodika s dva neutrona, vežu da tvore atom helija i rezervni neutron. Reakcija oslobađa energiju jednaku razlici između energije vezanja prije i nakon fuzije. U fisiji se veliki atom, poput urana, dijeli na manje atome. Jezgra koja se raspada oslobađa neutronsko zračenje i velike količine energije iz promjenjive snage nuklearnih veza u novim atomima.
Energija ionizacije elektrona varira ovisno o vrsti atoma od kojeg se odvaja i broju elektrona koji su prethodno uklonjeni iz tog atoma. Uklanjanje vanjskih elektrona zahtijeva manje energije nego uklanjanje unutarnjih, a više energije je potrebno za razdvajanje para nego za uklanjanje usamljenog elektrona. Razlika u energijama ionizacije razlog je što su neke konfiguracije stabilnije od drugih: što je viša sljedeća energija ionizacije, to je stanje atoma stabilnije. U prirodi dominiraju stabilni spojevi; energije ionizacije doslovno oblikuju svijet.