這之後，人們又利用其他物質的原子核作為靶子進行了類似的實驗。結果發現，硼（B）、氟（F）、磷（P）、鈉（Na）、鉛（Pb）等原子核在α粒子的撞擊下，也同樣有質子產生。於是，很自然地會引起人們的思考，質子會不會就是構成原子核的基本成員呢？如今，答案已是非常肯定的。
原子核在具有一定能量粒子的作用下，性質發生改變的過程，稱為核反應過程。通常用下麵的關係式表示出來：
x+XY+y
或寫成
X（x，y）Y
小寫字母x叫做入射粒子，大寫字母X叫做靶核，小寫字母y稱為出射粒子，大寫字母Y稱為生成核。
人工核反應的實現，為人們敲開原子核的大門找到了可行的方法和途徑。在原子核物理學發展史上具有重要意義的典型核反應還有：
（1）曆史上第一次在加速器上實現的核反應
1932年，英國實驗物理學家考克拉夫和瓦耳頓製成了一種叫做高壓倍加器的加速器，利用這種裝置能夠將質子的能量加速到500兆電子伏，然後用這種高能量的質子作為炮彈轟擊鋰原子核。實驗中觀察到如下的核反應過程：
11H+73Li42He+42He
或
72Li（p，α）42He
這是人類曆史上第一次利用加速器完成的核反應過程。
（2）曆史上第一次人工製造放射性元素的核反應
1934年，約裏奧·居裏夫婦利用α粒子打擊鋁（Al）箔時，觀察到了一種帶有正電荷的電子，稱為正電子。這種粒子除了電荷與我們已熟悉的電子電荷性質剛好相反外，其他性質完全相同。這種過程可以表示為：
42He+2713Al3015P+10N（n）
磷-30具有放射性，它放出一個正電子後，衰變為一種新的原子核，即是
3015P3014Si+0+1e。
這是曆史上第一次利用人工方法製取放射性元素，從而開辟了一個全新的研究領域，也為人們生產放射性元素打開了方便之門。
（3）原子核裂變的發現
1938年12月，德國化學家奧托·哈恩（1879—1968年）與他的助手弗裏斯·斯特拉斯曼在實驗中發現，用中子打擊鈾（U）原子核時，所得到的生成物中存在具有放射性鋇（Ba）那樣的中等原子核。1939年1月，哈恩將這一驚奇的發現報告給了過去與他合作過的奧地利女物理學家利斯·邁特納（1878—1968年）。邁特納對這一實驗結果非常重視，並給出了正確的解釋。她認為這種現象可以用鈾原子核的裂變加以說明，因為鈾核非常重，穩定性非常小，一旦遭打擊，便容易分裂為質量差不多相等的兩個碎塊。變化過程表示為
10N（n）+23592U14656Ba+9036Kr
鋇-56和氪-36都具有放射性，它們可以進行一係列放射性衰變，這就是曆史上首次發現核裂變現象。核裂變的發現，為人類利用原子能開辟了廣闊的前景。原子能發電站、原子能破冰船相繼問世，為解決能源問題獨辟蹊徑。
（4）原子核聚變
一些輕的原子核可以聚合成比較重的原子核，這種核變化的過程稱為原子核的聚變。最具代表性的核聚變是：6個氘核（21H）可以聚合成2個氦原子核，同時有2個質子和2個中子產生。這過程表示成
621H242He+211H+210N
氘核聚合成較重的原子核時，為了克服各氘核間靜電的排斥作用，需要幾千萬度，甚至上億度的高溫。在這樣條件下，由於氘核具有非常大的動能，因而可以相互靠近，從而發生聚變。因此，這種核變化的過程又叫做熱核反應。
聚變中主要的原料是氘核，在水中蘊含著大量的氘核，水遍布五大洲、四大洋。僅就海水而言，氘核的含量非常豐富，約占海水總量的六千分之一。地球上海水約有1.37×1018噸。如果把海水中的氘核全部提取出來，讓它們產生聚變，釋放出來的能量可供人類使用200億年，真可謂取之不盡、用之不竭。
目前，實現核聚變還有許多難題沒有解決，這正是當今原子核物理學中一項重大的前沿課題，是一項跨世紀的大工程。
我國可控聚變反應的研究早在20世紀的50年代就開始了。1976年12月，我國第一座托卡馬克型受控聚變研究實驗裝置——“中國環流器一”號（HL-1），在四川省樂山市郊區破土動工，1984年9月21日建成並順利啟動。標誌著我國受控聚變研究領域的實驗裝置和實驗手段有了新的發展和提高。“中國環流器一”號在世界同類裝置中屬於先進的類型，它的建成使我國受控核聚變這一重大課題的研究邁出了一大步，將為人類探索最終解決能源問題做出自己的貢獻。
原子核聚變廣泛存在於自然界中，它是宇宙間主要的能量來源。太陽和其他許許多多的恒星所以能夠源源不斷地向周圍廣闊空間發出光和熱，其能量的源泉就是這些恒星內部不斷進行的聚變反應。一般來說，聚變過程主要有兩種類型：