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质子数Ｐ相同而中子数Ｎ不同的一些原子，或者说原子序数Ｚ相同而原子质量数不同的一些原子，它们在化学元素周期表上占据同一个位置，这些原子即为同位素；同位素具有相同的化学性质，但是具有不同的原子质量，也即具有不同的能量。同位素按其质量不同通常分为重同位素(如铀 238、铀 235、铀 234 和铀 233)和轻同位素（如氢的同位素氘、氚）。铀是自然界中原子序数最大的元素，即质量最大的元素；天然铀由几种同位素构成：除了 0.71%为铀 235 和更微量的铀 234 外，90％以上均是铀 238；
核能的获得主要有两种途径：重核裂变与轻核聚变。
两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核，同时放出巨大的能量，这种反应即轻核聚变反应，在宇宙星系中极为常见，如太阳等恒星内部因压力、温度极高，轻核才有足够的动能去克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，故又称为热核聚变反应。在理论性试验中，1 克氘化锂（Ｌi-6）完全聚变反应所产生的能量约为 1克铀 235 裂变能量的三倍多。
虽然核聚变释放的能量高于裂变能量，但其实现的条件十分苛刻，即需要使氢核处于几千万度以上高温才能使相当的核具有动能实现聚合反应，而且可控性很弱，因此目前主要应用在氢弹（比原子弹威力更大，原子弹是裂变反应）等核武器中。
相比较而言，核裂变的可控性较高，这在发电应用中是必须的要求，因此目前发电采用的正是重核裂变形式。
当一个中子轰击铀的原子核时，它能分裂成两个质量较小的原子核，同时产生 2—3 个中子和β、γ等射线，并释放出约 200MeV 能量。如果新产生的一个中子再次轰击到另一个原子核，便引起新的裂变，以此类推，这样就使裂变反应不断地持续下去，这就是裂变链式反应；在链式反应中，核能就连续不断地释放出来。
根据上述原理，核能发电从理论上来说也应有两种形式：核聚变方式和核裂变方式，利用核聚变原理进行核能发电的技术远未达到应用水平，而目前利用核裂变原理进行发电的技术已经获得了广泛应用。
核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施，用铀制成的核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出并进行传递，使在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。
