Η ενέργεια δέσμευσης είναι η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός σωματιδίου από ένα άτομο. Κάθε μέρος ενός ατόμου έχει ενέργεια δέσμευσης, αλλά ο όρος χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφέρεται στην ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση του πυρήνα ενός ατόμου. Αυτή η ενέργεια είναι αναπόσπαστο μέρος των συζητήσεων για την πυρηνική σχάση και σύντηξη. Η ενέργεια δέσμευσης ηλεκτρονίων ονομάζεται συνηθέστερα ενέργεια ιονισμού.
Η ενέργεια στους πυρηνικούς δεσμούς μπορεί να παρατηρηθεί μετρώντας τη μάζα ενός ατόμου, η οποία είναι μικρότερη από το άθροισμα της μάζας των συστατικών του. Αυτό συμβαίνει γιατί μέρος της μάζας των πυρηνικών σωματιδίων μετατρέπεται σε ενέργεια σύμφωνα με την εξίσωση E=mc2. Η μάζα που λείπει είναι η πηγή της δεσμευτικής ενέργειας. Τα μικρότερα άτομα έχουν τη χαμηλότερη πυρηνική δεσμευτική ενέργεια. Τείνει να αυξάνεται με τον ατομικό αριθμό μέχρι τον σίδηρο, ο οποίος έχει την υψηλότερη ενέργεια δέσμευσης. Τα μεγαλύτερα άτομα είναι πιο ασταθή.
Οι πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια. Παρόμοιες χρεώσεις απωθούν. Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα και τα νετρόνια, που είναι ουδέτερα, δεν παρέχουν εξισορροπητικό αρνητικό φορτίο. Οι δεσμοί του πυρήνα πρέπει να είναι αρκετά ισχυροί ώστε να υπερνικούν τις απωθητικές δυνάμεις των θετικών φορτίων στα πρωτόνια. Κατά συνέπεια, υπάρχει μεγάλη ποσότητα ενέργειας αποθηκευμένη σε αυτούς τους δεσμούς.
Οι διαδικασίες της πυρηνικής σχάσης και σύντηξης βασίζονται στην απελευθέρωση πυρηνικής δεσμευτικής ενέργειας. Στη σύντηξη, το δευτέριο, ένα άτομο υδρογόνου με ένα νετρόνιο, και το τρίτιο, ένα άτομο υδρογόνου με δύο νετρόνια, συνδέονται για να σχηματίσουν ένα άτομο ηλίου και ένα εφεδρικό νετρόνιο. Η αντίδραση απελευθερώνει ενέργεια ίση με τη διαφορά μεταξύ της ενέργειας δέσμευσης πριν και μετά τη σύντηξη. Στη σχάση, ένα μεγάλο άτομο, όπως το ουράνιο, χωρίζεται σε μικρότερα άτομα. Ο αποσυντιθέμενος πυρήνας απελευθερώνει ακτινοβολία νετρονίων και μεγάλες ποσότητες ενέργειας από τη μεταβαλλόμενη ισχύ των πυρηνικών δεσμών στα νέα άτομα.
Η ενέργεια ιοντισμού ενός ηλεκτρονίου ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του ατόμου από το οποίο διαχωρίζεται και τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχουν αφαιρεθεί από αυτό το άτομο στο παρελθόν. Η αφαίρεση εξωτερικών ηλεκτρονίων απαιτεί λιγότερη ενέργεια από την αφαίρεση εσωτερικών και περισσότερη ενέργεια χρειάζεται για να χωριστεί ένα ζεύγος παρά για να αφαιρεθεί ένα μοναχικό ηλεκτρόνιο. Η διαφορά στις ενέργειες ιονισμού είναι ο λόγος που ορισμένες διαμορφώσεις είναι πιο σταθερές από άλλες: όσο υψηλότερη είναι η επόμενη ενέργεια ιοντισμού, τόσο πιο σταθερή είναι η κατάσταση του ατόμου. Οι σταθερές ενώσεις κυριαρχούν στη φύση. οι ενέργειες ιονισμού κυριολεκτικά διαμορφώνουν τον κόσμο.