早在1929年,科克罗夫特就利用质子成功地实现了原子核的变换。但是,用质子引起核反应需要消耗非常多的能量,使质子与目标的原子核碰撞命中的机会也非常之少。1938年,德国人奥托·哈恩和休特洛斯二人成功地使中子和铀原子发生了碰撞。这项实验有着非常重大的意义,它不仅使铀原子简单地发生了分裂,而且裂变后总的质量减少,同时放出能量。尤其重要的是铀原子裂变时,除裂变碎片之外还射出2至3个中子,这个中子又可以引起下一个铀原子的裂变,从而发生连锁反应。1939年1月,用中子引起铀原子核裂变的消息传到费米的耳朵里,当时他已逃亡到美国哥伦比亚大学,费米不愧是个天才科学家,他一听到这个消息,马上就直观地设想了原子反应堆的可能性,开始为它的实现而努力。费米组织了一支研究队伍,对建立原子反应堆问题进行彻底的研究。费米与助手们一起,经常通宵不眠地进行理论计算,思考反应堆的形状设计,有时还要亲自去解决石墨材料的采购问题。1942年12月2日曼哈顿计划期间,费米的研究组人员全体集合在美国芝加哥大学Stagger Field 的一个巨大石墨型反应堆前面。这时由费米发出信号,紧接着从那座埋没在石墨之间的7吨铀燃料构成的巨大反应堆里,控制棒缓慢地被拔了出来,随着计数器发出了咔嚓咔嚓的响声,到控制棒上升到一定程度,计数器的声音响成了一片,这说明连锁反应开始了。这是人类第一次释放并控制了原子能的时刻,这个反应堆被命名为“芝加哥一号堆"(Chicago Pile-1)。1954年前苏联建成世界上第一座原子能发电站利用浓缩铀作燃料,采用石墨水冷堆,电输出功率为5000千瓦。1956年,英国也建成了原子能电站。