Gli atomi che costituiscono la materia sono formati da un nucleo (protoni e neutroni) circondato da una nube di elettroni. Ogni volta che i nuclei degli atomi si dividono per formare due o più nuclei più piccoli (fissione), viene liberata molta energia.
Nelle centrali nucleari il calore che si genera durante la fissione può essere impiegato per muovere generatori di energia elettrica. Il combustibile delle centrali nucleari è costituito da sostanze radioattive come l'uranio e il plutonio.
I primi studi sul fenomeno della radioattività risalgono alla fine dell'800. Nel 1934 i coniugi Curie rilevarono il primo caso di radioattività artificiale. Nel 1942 il fisico italiano Enrico Fermi realizzò il primo esperimento di fissione in condizioni controllate. La prima centrale nucleare finalizzata alla produzione di energia elettrica per scopi civili risale al 1956 ed è stata realizzata in Inghilterra.
Attualmente l'energia nucleare è sfruttata da molti paesi. Il suo sviluppo è stato rallentato da una serie di incidenti nucleari (il più importante è stato quello di Chernobyl avvenuto nel 1986), dal problema dello smaltimento delle scorie radioattive e dalla difficoltà nel gestire e mantenere le centrali più vecchie. In Italia l'impiego dell'energia nucleare è stato abbandonato in seguito al referendum popolare del 1990.