Energia de legare este energia necesară pentru a îndepărta o particulă dintr-un atom. Fiecare parte a unui atom are energie de legare, dar termenul este folosit în mod obișnuit pentru a se referi la energia necesară pentru a diviza nucleul unui atom. Această energie este parte integrantă a discuțiilor despre fisiunea și fuziunea nucleară. Energia de legare a electronilor este mai frecvent numită energie de ionizare.
Energia din legăturile nucleare poate fi observată prin măsurarea masei unui atom, care este mai mică decât suma masei componentelor sale. Acest lucru se datorează faptului că o parte din masa particulelor nucleare este convertită în energie conform ecuației E=mc2. Masa lipsă este sursa energiei de legare. Cei mai mici atomi au cea mai mică energie nucleară de legare. Are tendința de a crește cu numărul atomic până la fierul, care are cea mai mare energie de legare; atomii mai mari sunt mai instabili.
Nucleii sunt formați din protoni și neutroni. Acuzațiile similare se resping. Protonii sunt încărcați pozitiv, iar neutronii, care sunt neutri, nu oferă nicio sarcină negativă de echilibrare. Legăturile nucleului trebuie să fie suficient de puternice pentru a depăși forțele de respingere ale sarcinilor pozitive de pe protoni. În consecință, există o mare cantitate de energie stocată în acele legături.
Procesele de fisiune și fuziune nucleară se bazează pe eliberarea de energie nucleară de legare. În fuziune, deuteriul, un atom de hidrogen cu un neutron, și tritiul, un atom de hidrogen cu doi neutroni, se leagă pentru a forma un atom de heliu și un neutron de rezervă. Reacția eliberează energie egală cu diferența dintre energia de legare înainte și după fuziune. În fisiune, un atom mare, precum uraniul, se împarte în atomi mai mici. Nucleul în descompunere eliberează radiații neutronice și cantități mari de energie din forța schimbătoare a legăturilor nucleare din noii atomi.
Energia de ionizare a unui electron variază în funcție de tipul de atom de care este separat și de numărul de electroni care au fost îndepărtați din acel atom înainte. Îndepărtarea electronilor exteriori necesită mai puțină energie decât îndepărtarea celor interiori și este nevoie de mai multă energie pentru a diviza o pereche decât pentru a elimina un electron singur. Diferența de energii de ionizare este motivul pentru care unele configurații sunt mai stabile decât altele: cu cât energia de ionizare următoare este mai mare, cu atât starea atomului este mai stabilă. Compușii stabili domină în natură; energiile de ionizare modelează literalmente lumea.