第二次世界大戰後期，美國將兩顆原子彈投到日本廣島和長崎，造成數十萬人死亡和城市毀壞的嚴重破壞力，是數百萬顆普通炸彈所無法達到的。原子彈為什麼有這麼大的威力呢？
我們知道，普通化學反應釋放的能量，主要是由於將原子保持在分子中的力，這種力僅同原子核外圍的電子結構（特別是最外層的價電子）有關，當兩個或兩個以上的原子組成分子時，各個原子核外的電子運動狀態和分布發生一定變化，把合攏在一塊的所有原子核都籠罩包圍起來。由於化合物分子的能量總是低於組成它的各個原子的能量之和，所以這些原子外圍電子重新組合的過程會放出能量來，這部分能量稱為化學結合能，像燃燒、氧化等化學反應所放出的能量也主要是原子核外電子變化的能量，即化學能。
類似的把質子、中子緊密結合在一起的力稱為核力，它克服了質子之間的庫侖排斥力，形成堅實的原子核。當質子和中子組成原子核時，也會放了能量，所以原子核的能量總是低於組成它的中子和質子能量之和，這部分能量就是核結合能。
由於質子和中子等核子相互作用比原子核外電子相互作用強大得多，所以核反應釋放的能也就比化學反應釋放的能大得多。根據理論計算，1公斤混合好的氧和碳發生化學反應生成一氧化碳會放出920千卡能量，而1公斤混合好的氧原子核和碳原子核發生核反應聚合成矽原子核，則可放出140億千卡的能，是化學反應釋放能的1 500萬倍；又如，1公斤梯恩梯分解約釋放1 000千卡能，而同樣重量的水銀發生核裂變則釋放出100億千卡的熱量，是化學釋放能的1 000萬倍。實際測得相同質量核反應能是化學反應能的幾百倍，例如，1公斤鈾－235原子核裂變釋放的能相當於3 000噸煤燃燒的能量；1公斤鈾裂變產生的爆炸威力相當於2萬噸梯恩梯的爆炸威力。
這麼大的核能是從哪裏來的呢，科學家們發現它是由質量轉化來的。通常原子核的質量都小於組成它的質子和中子質量之和，即質量虧損，虧損的質量變成了原子核能。根據愛因斯坦質能關係式可以算出核反應能的大小。例如，重原子鈾核裂變有01%質量轉化為能，1公斤鈾裂變則產生1014焦耳能量；而輕原子氫核聚變為氦時有05%轉化為能量。