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Divisione di un nucleo atomico pesante in due parti (o più raramente in tre), approssimativamente uguali fra loro. Può avvenire spontaneamente o a causa del bombardamento di neutroni (è il caso più diffuso), particelle cariche, raggi gamma (fusione indotta). Il processo di fissione nucleare genera un'enorme quantità di energia; nelle centrali nucleari questo avviene in modo controllato e il calore prodotto dalla reazione viene trasformato in energia elettrica: da 1 g di uranio-235 (il combustibile nucleare più importante) si ottengono circa 80 miliardi di joule di energia, equivalenti alla combustione di circa 3 tonnellate di antracite.

La reazione di fissione

La fissione nucleare può avvenire in nuclei con numero di massa superiore a 100 (il numero di massa indica il numero totale di neutroni e protoni contenuti nel nucleo), ma è molto più probabile in nuclei con numero di massa pari a 230: nelle centrali nucleari si utilizzano due isotopi diversi dell'uranio, uno con un numero di massa pari a 238 e l'altro pari a 235 (è questo il nucleo che più facilmente subisce il processo di fissione). Nella fissione nucleare indotta, il neutrone che incide sul nucleo e ne viene assorbito cede la propria energia al nucleo stesso, aumentando l'energia interna dei suoi componenti (protoni e neutroni); il nucleo acquista un'anomala forma allungata. Questa è una situazione instabile e nel giro di una frazione di secondo (meno di 10^-12 s) il nucleo si divide in due emettendo due o tre neutroni. La massa totale dei due nuclei prodotti nella fissione nucleare è inferiore a quella del nucleo di partenza: questa differenza di massa è l'origine dell'energia prodotta nella reazione, perché la massa persa si trasforma in energia secondo l'equazione di Einstein (E=mc²). Per poter iniziare la reazione di fissione dell'uranio, il neutrone deve essere di bassa energia (neutrone lento): per questo vengono usata particolari sostanze dette moderatori che rallentano i neutroni più veloci. In genere si usano come moderatori, l'acqua, la grafite, l'acqua pesante (deuterio).

La reazione a catena

I neutroni emessi durante la fissione nucleare possono a loro volta incidere su altri nuclei e produrre altre reazioni di fissione; in questo modo si ottiene una reazione a catena. Nel caso in cui la reazione si sviluppi in modo incontrollato, la produzione di energia è esplosiva, come avviene nelle bombe atomiche. Nelle centrali nucleari si utilizzano sostanze particolari che assorbono i neutroni in eccesso permettendo così che la reazione proceda a tasso costante. In qualche caso i neutroni emessi non provocano la fissione nucleare, per esempio, quella che a partire da un nucleo di uranio-238 genera un nucleo di plutonio, radioattivo ed estremamente pericoloso.

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