Det underliggende prinsippet for både atomvåpen og atomreaktorer er kjernespaltning. Enkelte tunge radioaktive grunnstoffer har isotoper der atomkjernen kan brytes ned ved at den deler seg og gir opphav til to nye atomer (spaltningsprodukter), i tillegg til noen nøytroner (som regel 2-3) med høy energi. Dette skjer svært sjeldent spontant, men for uranisotopene , og plutoniumisotopen vil bestråling av atomkjernene med nøytroner med nokså lav energi få en relativt stor andel av de bestrålte atomkjernene til å spaltes. Kjernespaltningen frigjør store mengder energi som omdannes til varmeenergi, og det er denne energien som brukes i et atomkraftverk. Ved å utforme brenselselementer og reaktor på en slik måte at de høyenergetiske nøytronene som dannes ved kjernespaltningen får redusert sin energi kan man oppnå en kjedereaksjon. For å redusere energien til nøytronene bruker man moderatorer. Stoffer med lav atomvekt, f.eks. vann, tungtvann og grafitt er gode og mye brukte moderatorer. Det finnes også reaktorer der høyenergetiske nøytroner blir brukt.