在大量的放射性元素實驗過程中，科學家們發現了一個重要事實，放射性元素在釋放了射線後，會變成另一種元素，同時其原子質量有明顯的減輕。對這一現象，一代科學巨匠愛因斯坦做了理論解釋。1905年愛因斯坦提出物質可以變為能量，能量也可以轉變為物質，並將這一轉換關係用一個公式做了明晰說明:E=mc2(E為能量，m為質量，C為光速)。公式表明，由於光速極大，很少的物質就可以產生巨大的能量。愛因斯坦的質能轉換公式為核能的開發利用奠定了堅實的理論基礎。
質能轉換公式引導科學家們去尋找核能。1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，從氮原子核中打出質子，將氮原子核轉換成氧原子核，實現了人類第一次人工核反應。1934年，盧瑟福在靜電加速器中用氘轟擊固態氘靶生成氦，第一次實現了人工核聚變反應。核裂變現象和理論是由德國放射化學家奧托?哈恩於1939年提出的，他通過實驗證實了鈾原子核在中子的轟擊下發生了裂變反應，並用質能公式推算出了鈾核裂變產生的巨大能量。
核能的釋放通常有兩種方式，即核裂變能和核聚變能。鈾、鈈等重核原子通過鏈式反應，分裂成兩個或多個較輕原子核，釋放的巨大能量稱為核裂變能。而像氘、氚這樣兩個較輕原子核聚合成一個較重的氦原子核，釋放的巨大能量稱為核聚變能。
從原子概念的提出到核能的發現，人類用2000多年漫長的曆史去發現核能，核能的發現為人類開辟了廣闊的應用領域。
開發和應用核能有哪些重要意義
人類認識到核能存在的曆史到現在還不足百年，但核能開發、應用的重要性已經被世界各國普遍接受。核能的開發、應用越來越受到極大的關注。
1.化石能源的環境效應日趨嚴重
目前，人類實際應用的主要能源還是煤、石油、天然氣等化石能源。大量化石能源的開采對地表環境造成了嚴重破壞，化石能源開采，加工、運輸、利用過程中不斷產生嚴重汙染人類生存環境的各類廢棄物。
化石能源的燃燒過程，產生大量的二氧化碳、甲烷、二氧化硫、氮氧化物。二氧化碳、甲烷被稱之為溫室氣體，溫室氣體產生溫室效應使全球平均氣溫增高，氣候不斷惡化，海平麵逐漸升高，使人類生存環境受到極大破壞。而二氧化硫、氮氧化物形成酸雨，對地球土壤和植物形成嚴重威脅。
2.化石能源資源越來越少
化石能源是不可再生能源，用一點就會少一點，即使我們不考慮化石能源對環境的不良影響，地球上現有的化石能源資源也不足以支持人類經濟活動的長期進行。按當前的開采量計算，煤炭尚可開采200多年，石油可開采40年，天然氣可開采70年。如此有限的資源量已對人類經濟活動的持續發展構成了直接威脅，因此加快開發替代能源已成為世界性的重大課題。
3.核能在替代能源中占有重要地位
核能是清潔能源，核能的利用過程不產生化石能源產生的煙塵、二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫，不會造成溫室效應及酸雨。核鏈式裂變反應釋放出的熱量十分巨大，以鈾和鈈為例，1000g的鈾-235裂變反應釋放的熱量相當於燃燒2500t標煤，1000g的鈈-239裂變釋放的熱量相當於燃燒3000t標煤。建設一個1000MW的燃煤電廠每年需要3Mt的燃煤，而建設一個1000MW的核電站每年僅需要30t核燃料。核電站的燃料費用要比燃煤電廠低得多。