20世紀30年代，法國科學家約裏奧·居裏夫婦發現人工放射性，為研究原子核的科學家打開了新路。科學家們發明了各種類型的粒子加速器，用高速α粒子依次轟擊周期表上的各種元素，幾年內就製造出400多種人工放射性核素。
α粒子實際上是帶有正電荷的氦離子，在轟擊原子核時因為同性電荷相斥，所以很難射中。意大利科學家費米決定采用中子作為“炮彈”，他把鐳和鈹均勻混合在一起，製成能夠發射大量中子的鐳—鈹中子源，結果發現將近60多種被中子照射過的元素中，約有40多種能產生放射性核素。他還發現，周期表中原子序數大的重元素在被中子擊中以後都不放出α粒子或質子，而是生成原來元素的放射性同位素，這些放射性同位素都放射β射線，也就是放射電子，然後變成原子序數增加1的另一種元素。
當時人們所知道的最重的元素是92號鈾。費米想到，用這種辦法可以人工製造元素周期表上92號以後的元素，即“超鈾元素”，例如用中子轟擊鈾可以人工生成93號元素，然後再用中子轟擊93號元素，就會生成94號元素，再轟擊94號元素，又會生成95號元素……。果然，鈾被中子擊中後開始放射幾種不同能量的β射線，似乎表明鈾已經變成幾種新的放射性同位素。費米立即宣布，自己用人工方法製造出了原子序數分別是93、94和95的超鈾元素。他因此獲得了1938年諾貝爾物理學獎。
兩部分，並放射出2～3個中子很快，其他科學家便發現了費米的結論有誤。德國物理化學家哈恩發現，鈾俘獲中子後所產生的新物質其性質與質量數幾乎是鈾的一半的鋇極為相似。奧地利物理學家梅特涅提出了關於鈾核裂變現象的解釋，即由於鈾核中有92個質子和146個中子，因此是一種很不穩定的原子核。一旦鈾俘獲了中子以後，由於受到中子帶來的外來能量的擾動，結果使得鈾原子核變形成為橢圓狀，隨後變為啞鈴形，直到核內的電磁斥力把幾乎相等的兩部分從啞鈴的頸部完全斷裂開來，形成兩個新的中等質量數的原子核，同時放射出2～3個中子。
此時人們才明白，原來費米並非製造了什麼新元素，而是把鈾原子分裂成大致相等的兩塊。與此同時，原子核中還釋放出巨大的能量。此後，人類開始進入利用原子能的新時代。哈恩因此獲得1944年諾貝爾物理學獎。