Fisiunea și fuziunea sunt diferite tipuri de reacții nucleare în care energia este eliberată din legăturile de mare putere dintre particulele din nucleul atomic. Nucleul atomic este cel mai stabil atunci când energiile de legare între particule sunt cele mai puternice. Acest lucru se întâmplă cu fier și nichel. Pentru nucleele atomice mai ușoare, energia poate fi extrasă prin combinarea acestor nuclee împreună, un proces cunoscut sub numele de fuziune nucleară. Pentru nucleele mai grele decât cele de fier sau nichel, energia poate fi extrasă prin despărțirea lor într-un proces numit fisiune nucleară.
Deoarece forța de legare din nucleul atomic conține energie enormă, reacțiile nucleare pot furniza, în principiu, tone de putere. Considerațiile practice fac totuși exploatarea energiei nucleare mai dificilă decât ceva atât de simplu precum pornirea unui incendiu. Pentru fisiune, trebuie utilizată materie primă foarte purificată, de obicei izotopi de uraniu sau plutoniu. Izotopii sunt favorizați deoarece instabilitatea lor îi face mai ușor de despărțit. Purificarea acestor izotopi este extrem de costisitoare și necesită centrifuge de milioane de dolari.
În fuziune, trebuie atinsă o energie de prag extrem de ridicată pentru a combina nucleele atomice, iar temperatura necesară este de milioane de grade. În natură, singurul loc în care se întâmplă acest lucru este în miezul unei stele. Plasma supraîncălzită și focalizarea puterii laser sunt două metode de a obține această energie de prag. Deoarece materia care servește ca mediu de fuziune trebuie să fie atât de fierbinte, trebuie izolată de materia înconjurătoare folosind câmpuri magnetice puternice sau izolare inerțială, care este principiul din spatele reactorului Tokamak. Cu toate acestea, fuziunea necesită atât de multă energie încât nimeni nu a construit încă un reactor care să producă mai mult decât consumă.
Dezavantajele puterii de fisiune includ atât produse secundare radioactive, cât și asocierea acestora cu armele nucleare și colapsurile. În ultimul deceniu, fizicienii nucleari au dezvoltat modalități mai sigure de a construi reactoare, inclusiv metode de reciclare a produselor secundare radioactive. Aceste progrese au determinat guvernul SUA să înceapă să susțină din nou construcția de reactoare nucleare.