Nuklearna fisija je cijepanje jezgre atoma, čime se stvaraju dva proizvoda otprilike polovice mase originala. Tijekom procesa oslobađaju se i neki neutroni. Ovaj proces oslobađa znatnu količinu energije. Nuklearna fisija je fizički proces odgovoran za sve vrste proizvodnje energije, uključujući i onu koja se koristi u nuklearnom oružju i nuklearnim elektranama.
Postoji niz elemenata koji se mogu koristiti u nuklearnoj fisiji, ali najčešći je uran. Ovaj materijal je popularan iz više različitih razloga, ali dva od najvažnijih su da ga ima u izobilju i da postoje izotopi urana koji se lako cijepaju. Izotop urana koji se najčešće koristi za proizvodnju nuklearne energije naziva se U-235. Osim U-235, plutonij je još jedna tvar koja se ponekad koristi za nuklearnu energiju.
Za potrebe proizvodnje nuklearne energije potreban je obogaćeni uran. To mora biti otprilike 2 do 3 posto U-235 da bi radio kako bi trebao. Proces obogaćivanja urana za oružje je gotovo isti, s jednom značajnom iznimkom. Za oružje, količina U-235 treba biti bliža 90 posto ukupnog urana.
Za stvaranje nuklearne fisije, materijal se mora prikupiti. Slobodni neutron tada se ispaljuje prema jezgri atoma. Izotop U-235 apsorbira neutron u svojoj jezgri, ali to uzrokuje da osjetljiva struktura postane nestabilna. Stoga se gotovo odmah razdvaja. Neutroni koji se oslobađaju u procesu su ono što uzrokuje oslobađanje energije. Iako naizgled nestaju, Einsteinova teorija napominje da nisu nestali, već su se jednostavno pretvorili u energiju.
Problemi s nuklearnom fisijom nastaju uglavnom zbog radioaktivnih čestica koje su prisutne nakon što se materijal podijeli. Zračenje koje se emitira može biti na tako visokim razinama da može naštetiti živom tkivu, uzrokovati rak i druge bolesti. Stoga, iako stvoreno početno oslobađanje energije može biti vrlo snažno i opasno, postoje i druge opasnosti koje treba imati na umu. Jedna je rasprava, posebno za nuklearne elektrane, što učiniti s tim radioaktivnim elementima. Rješenje koje preferira američka vlada je da se materijal zakopa duboko ispod planine gdje bi, teoretski, bio dovoljno izoliran od nanošenja štete.
Nuklearna fisija se ponekad miješa s nuklearnom fuzijom. Dok se jezgra atoma dijeli fisijom, oni se spajaju u nuklearnoj fuziji. Obje tehnike mogu stvoriti znatnu količinu energije. Nuklearna fisija je proces koji stvara više jezgri i atoma iz jedne. Nuklearna fuzija je gotovo suprotna, gdje se nekoliko atoma spaja kako bi stvorilo jednu težu jezgru.