Fisija in fuzija sta različni vrsti jedrskih reakcij, pri katerih se energija sprosti iz močnih vezi med delci v atomskem jedru. Atomsko jedro je najbolj stabilno, ko so energije vezave med delci najmočnejše. To se zgodi z železom in nikljem. Za lažja atomska jedra je mogoče energijo pridobiti z združevanjem teh jeder skupaj, proces, znan kot jedrska fuzija. Za jedra, težja od železovih ali nikljevih, je mogoče energijo pridobiti tako, da jih razdelimo v procesu, imenovanem jedrska cepitev.
Ker vezavna sila v atomskem jedru vsebuje ogromno energije, lahko jedrske reakcije načeloma zagotovijo na tone moči. Vendar pa je zaradi praktičnih premislekov izkoriščanje jedrske energije težje kot nekaj tako preprostega, kot je zagon požara. Za cepitev je treba uporabiti visoko prečiščeno surovino, običajno izotope urana ali plutonija. Izotopi imajo prednost, ker se zaradi njihove nestabilnosti lažje razgradijo. Čiščenje teh izotopov je izjemno drago in zahteva večmilijonske centrifuge.
Pri fuziji je za združevanje atomskih jeder treba doseči izjemno visok prag energije, zahtevana temperatura pa je v milijonih stopinj. V naravi je edino mesto, kjer se to zgodi, v jedru zvezde. Pregreta plazma in fokusiranje laserske moči sta dve metodi za doseganje tega praga energije. Ker mora biti snov, ki služi kot medij za fuzijo, tako vroča, jo je treba izolirati od okoliške snovi z uporabo močnih magnetnih polj ali inercialnega zadrževanja, kar je načelo reaktorja Tokamak. Kljub temu fuzija zahteva toliko energije, da še nihče ni zgradil reaktorja, ki proizvede več, kot ga porabi.
Slabosti cepitvene moči vključujejo radioaktivne stranske produkte in njeno povezavo z jedrskim orožjem in taljenjem. V zadnjem desetletju so jedrski fiziki razvili varnejše načine gradnje reaktorjev, vključno z metodami za recikliranje radioaktivnih stranskih produktov. Ta napredek je povzročil, da je ameriška vlada ponovno začela zagovarjati gradnjo jedrskih reaktorjev.