La fisión nuclear se produce cuando el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos pequeños dando lugar también a otros subproductos (neutrones, partículas, fotones...).
Cuando se hacen incidir neutrones sobre el núcleo de un elemento químico pesado, este se divide en dos liberando una gran cantidad de energía y emitiendo dos o tres neutrones.
El proceso de fisión es posible por la inestabilidad que tienen los núcleos atómicos de algunos isótopos de elementos químicos con un número atómico más elevado (los isótopos son átomos de un mismo elemento que difieren en el peso atómico ya que tienen distinto número de neutrones). Este fenómeno tiene relación con el número de partículas de cargadas eléctricas positivas (protones) y el número de partículas nucleares de estos núcleos (protones y neutrones). En estas condiciones, solo hace falta una pequeña cuantidad de energía –como la que transporta el neutrón que colisiona con el núcleo–, para que tenga lugar la reacción de fisión.
Los neutrones emitidos durante la fisión de un núcleo también pueden producir nuevas reacciones de fisión cuando interaccionen con otros núcleos que a la vez emitirán nuevos neutrones y, así, sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de reacción en cadena. Cuando un solo neutrón de los liberados durante la reacción de fisión produce una única reacción posterior, el número de reacciones que tienen lugar por segundo es constante, de manera que la reacción está bajo control. Es el principio en el cual se basan los reactores nucleares.