Kritična masa materiala je količina, ki je potrebna za nadaljevanje jedrske reakcije, ko se je začela.
Obstajajo različne vrste jedrskih materialov, ena vrsta pa je znana kot cepljivi material. Cepljivi materiali lahko vzdržijo reakcijo, ko se le-ta že začne. Ker se reakcija lahko vzdržuje, se material lahko uporablja za določene namene. Ti nameni vključujejo izdelavo jedrskega orožja in ustvarjanje reaktorjev za proizvodnjo energije. Najbolj razširjeni cepljivi materiali so uran-233, uran-235 in plutonij-239. Ti trije materiali izpolnjujejo merila cepljivega materiala, ostanejo prisotni razmeroma dolgo in jih je mogoče najti v dovolj velikih količinah, da je njihova uporaba kot gorivo praktična.
Proces jedrske reakcije je nekoliko zapleten, vendar ga lahko gledamo preprosto kot reakcijo, ki raste eksponentno. V reakciji atom cepljivega materiala – recimo urana-235 – ujame nevtron, ko se premika mimo. To povzroči, da se atom razdeli na dva manjša atoma in pri tem sproži še dva ali tri nevtrone. Ti nevtroni nato odletijo in jih ujamejo drugi atomi urana-235, ki se nato razdelijo in pošljejo še dva ali tri nevtrone. Vse to se zgodi v zelo, zelo kratkem času in sprošča ogromne količine energije.
Ta koncept je pomemben, saj da bi se ta reakcija nadaljevala in sprostila ogromne količine energije, mora biti prisotnega dovolj cepljivega materiala, da se lahko nadaljuje. Če kritična masa ni dosežena, se bodo prisotni nevtroni čez čas zmanjšali, zaradi česar bo jedrska reakcija sčasoma vse manj verjetna. Strogo gledano, se izraz kritična masa uporablja za opis stanja ravnotežja, v katerem je prisotnega dovolj cepljivega materiala, da ostane količina nevtronov približno enaka, vendar reakcija ne ustvari več. Pogosto pa se ta izraz uporablja za opis tega, kar se natančneje imenuje superkritična masa, ko je prisotnega dovolj materiala, da nevtroni še naprej trčijo z cepljivimi atomi in sproščajo več nevtronov, pri čemer ustvarjajo energijo in toploto.
Za uporabo cepljivega materiala v jedrskem orožju je očitno pomembno, da je material pod kritično maso – sicer bi bomba takoj eksplodirala. Običajno sta dva kosa materiala ločena pri podkritični masi, in ko je čas, da se bomba eksplodira, se zelo močno in zelo hitro vržeta skupaj. Nato ustvarijo superkritično maso in bomba eksplodira. Če se ne vržejo skupaj dovolj hitro, se najprej zgodi manjša eksplozija in dva kosa raznese še bolj narazen, tako da do velike eksplozije nikoli ne pride – to se pogosto imenuje fizzle.
Kritična masa se razlikuje glede na uporabljeni material. V primeru urana-233 je približno 35 funtov (15 kg). V primeru urana-235 je kritična masa približno 115 funtov (52 kg). In v primeru plutonija-239 je približno 22 funtov (10 kg).