原子核能就是某些原子核在外界條件作用下，發生裂變、衰變及聚變作用，並同時釋放出巨大的能量。原子核能，主要有裂變能和聚變能。利用這巨大的能量來進行發電的裝置，就稱為核電站。據統計，1公斤鈾－235裂變時放出的能量相當於4500噸原煤燃燒時放出的熱量，從綜合經濟效果看，它既安全又較幹淨。雖然一次性投資大，但長期看經濟上是合算的，所以它的推廣普及比較快。核電對彌補能源短缺、協調能源分布不均、緩解交通運輸緊張、促進經濟發展起著越來越大的作用。
正在研究的是核聚變能。核聚變能是由較輕的原子核（如氘、氚等核）在中子作用下，聚合成較重的氦核時所釋放出來的能量，1公斤氘核聚變時放出的能量比相同重量的鈾核裂變時放出的能量大4倍之多。但要有控製地利用核聚變能，在技術上難度是比較大的，因為要使兩個相同的核電荷聚合，必須克服它們間的靜電排斥力，也就是要達到“熱核點火”的條件很苛刻。目前人們利用激光和強磁場約束對此研究有了一定進展。幾十年來，受控核聚變發電一直是人類探索新能源的尖端課題，因為氘、氚核燃料在海水中儲藏量達24.3萬億噸，足夠人們用上幾百億年，這項技術一旦成功，勢必會帶來能源史上一場偉大革命。