打開原子核，進行鏈式反應的實踐雖然由哈恩等人最終實現。但是，對於這個過程為什麼會產生如此巨大能量的問題，卻一時還不清楚。而要說明其中的道理，還得再從原子的結構說起。
前麵我們談到，原子核中的質子和中子，比在它們周圍旋轉的電子，要分別重上1839倍和1837倍。也就是說原子的質量，幾乎全部集中在原子核上，電子的質量可以忽略不計。
我們也已經知道，原子中，帶正電荷的質子，和帶負電荷的電子，數目相同，電荷抵消，所以整個原子便呈中性。好像質子和電子沒有多大用處似的。不。正是質子的數目或者說正是電子的數目，決定了原子的化學性質，以及它在門捷列夫元素周期表上的序數。比如，最輕的元素氫，它隻有一個質子和一個電子，周期表上，它就位列第一；而不久前人工製得的超重元素，卻有106個質子和106個電子，它就排在周期表上第106位。這個第106位的元素，還有第107位的元素，由於在誰先發現上還有爭執，所以至今沒有命名。
無論第1號元素還是第106號元素，都是把中子撇在一邊不去談它的情況，如果把中子也考慮進去，那就複雜了。因為同樣一個質子數目，卻可以和不同數目的中子結合起來，組成一個原子核的。比如元素第19號鉀，原子核裏有19個質子，但是，它可以分別和20個中子，21個中子，或者23個中子結合，這樣，在第十九位鉀的原子序數上，就可能出現中子、質子總數分別為39個，40個和42個的三種鉀原子了。這就是所謂鉀的同位素。如果把所有的同位素也加起來，那麼，人們到今天已發現的穩定的原子核，就有三百多種了。也就是平均每個元素至少有三個同位素存在。
蛻變和質量虧損
在同位素原子核中，由於不同的中子數，它們的穩定性也就有所不同，對於輕元素的原子核來說，通常是中子數和質子數的比值接近於一時，最穩定。但是，隨著原子質量的增加，最穩定的中子數和質子數的雌也會增加，在最重元素的原子核中，穩定的中子數和質子數的比值可以達到一點五。不穩定的情況，都發生在中子數偏多的時候。所以，這種不穩定同位素常常會發生放出中子的蛻變，以達到原子核的穩定。比如剛才提到的鉀40同位素，就會自動地失去一個中子，蛻變成穩定的鉀39。
蛻變過程中中子數減少，而且還發現蛻變後的源子核，除了蛻變掉的中子質量以外，還會產生額外的質量虧損。引起虧損的原因，有著各種解釋，還未能統一起來，但是不管什麼原因，虧損總是存在的，這種虧損掉的質量，卻全都會以能量的形式釋放出來。虧損掉的質量不多，大約是原來的千分之幾，或甚至更少。但是，如果根據愛因斯坦的質能轉換公式來計算的話，那就十分驚人了，一克質量虧損所產生的能量，換算成熱能就是二百億千卡，或者相當手燃燒三千噸煤。
但是蛻變產生的能量很難利用，主要是蛻變的速度完全由物質本身決定的，人力不能控製。比如放射性鐳，它總是每1620年蛻變掉一半的不穩定同位素。蛻變掉一半不穩定同位素的時間，叫做半衰期。像碳14同位素，它的半衰期是5780年。至於鈾235同位素，它的半衰期竟長達七億一千萬年。而這種天然放射性同位素蛻變所虧損的質量，卻是地球產生地熱的能源。
裂變和鏈式反應
釋放禁錮在原子核中的巨大能量，絕對不是靠天然的蛻變反應，而是靠另一種反應，叫裂解反應，或者叫裂變反應。
裂變反應，通常是在元素周期表中，序數超過82的重元素的原子核中，才能進行。這是因為重原子核聚集了太多的質子，它們都帶正電，彼此相斥，就象個不和睦的大家庭，很容易產生裂變。比如鈾這個元素，它的序數是92，也就是它的原子核中，有92個質子。鈾的同位素鈾235和鈾238，都是不穩定的，它們除了蛻變以外，也會自發地發生裂變反應，生成兩個較輕的原子核，同時放出中子。以鈾235來說，發生裂變的方式，可以有四十種之多，會生成八十種中等重量的原子核。