Jezgra atoma je njegova središnja jezgra, koja se sastoji od jednog ili više protona i, s izuzetkom samo najlakšeg oblika vodika, i neutrona. Neutron nema naboja, ali ga nešto sprječava da ne iskliznu iz jezgre. Osim toga, svaki proton unutar jezgre je pozitivno nabijen; trebali bi se međusobno odbijati, prazneći jezgru – to također sprječava neka energija. Po definiciji, energija koja drži sve te čestice unutar jezgre je “energija nuklearnog vezanja”. Budući da je Einstein otkrio matematički odnos koji izjednačava tvar s energijom – E = mc2, gdje je E energija, m masa, a c brzina svjetlosti – energija nuklearnog vezanja može se relativno lako izračunati.
Masa unutar jezgre dolazi iz dva izvora. Jedna je masa koju bi svaka čestica sadržavala da je izolirana, bez naboja ili gravitacijskih interakcija. Drugi izvor mase je povećanje koje se može izravno pripisati nuklearnoj energiji vezanja. Ova dva izvora dovode do jednadžbe m(t) = m(fp) + m(nbf), gdje “t” označava ukupnu, “fp” označava slobodnu česticu, a “nbf” označava nuklearnu silu vezanja. Budući da ne postoji takva stvar kao što je negativna energija, masa koja se može pripisati nuklearnoj energiji vezanja mora biti pozitivna, a energija ukupne jezgre veća od zbroja njezinih neutrona i protona.
Umetanjem ovog oblika mase u izvornu jednadžbu, ukupna energija jezgre je E(t) = m(t)c2. Proširivanje ove jednadžbe u cijelosti daje E(t) = (m(fp) + m(nbf))c2. Množenjem ovoga dobiva se E(t) = m(fp)c2 + m(nbf)c2. Sada, ako se oduzme energija koja se može pripisati izoliranim pojedinačnim česticama, ta se jednadžba svodi na E(t) – E(fp) = ΔE = m(nbf)c2, gdje je ΔE povećanje energije iznad energije slobodnih čestica – nuklearna energija vezanja.
Nuklearna fisija, odnosno cijepanje atomske jezgre kako bi se proizveli manji atomi, od kojih svaki ima svoju energiju vezanja, od posebne je važnosti za projektiranje i rad elektrana. Energija vezanja rezultirajućih atoma, oduzeta od energije vezanja početnih atoma, daje neto prinos koji se primjenjuje konstruktivno ili destruktivno. Konstruktivna uporaba ove nuklearne energije uključuje proizvodnju električne energije, koja mjeri gotovo petinu sve električne energije u Sjedinjenim Državama i više od tri četvrtine energije koja se koristi u Francuskoj.