Mängden energi som frigörs i en kärnreaktion är så stor eftersom den innebär förändringar i atomkärnornas struktur. När kärnorna av atomer kombineras eller delas, frigörs eller absorberas en betydande mängd energi. Det beror på att den starka kärnkraften, som håller ihop protonerna och neutronerna i kärnan, är en av de starkaste krafterna i naturen. Att övervinna den starka kärnkraften kräver mycket energi, och denna energi frigörs när kärnorna ordnas om.

I kärnreaktioner kommer den energi som frigörs från omvandlingen av massa till energi, enligt Einsteins berömda ekvation E=mc². När atomkärnor kombineras eller delas, omvandlas en liten mängd massa till en stor mängd energi. Det är därför kärnreaktioner kan producera så mycket energi.

Till exempel, när en uranatom genomgår kärnklyvning, delas den i två mindre atomer, såsom krypton och barium. Denna process frigör en enorm mängd energi eftersom en liten mängd av uranatomens massa omvandlas till energi. Energin som frigörs i en enstaka klyvningsreaktion motsvarar den energi som frigörs vid förbränning av flera ton kol.

Energin som frigörs i kärnreaktioner är det som gör kärnkraftverk och kärnvapen möjliga. I ett kärnkraftverk används det kontrollerade frigörandet av kärnenergi för att generera elektricitet, medan i ett kärnvapen orsakar det okontrollerade frigörandet av kärnenergi en förödande explosion.