A quantidade de energia liberada em uma reação nuclear é tão grande porque envolve mudanças na estrutura dos núcleos atômicos. Quando os núcleos dos átomos são combinados ou divididos, uma quantidade significativa de energia é liberada ou absorvida. Isto ocorre porque a força nuclear forte, que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo, é uma das forças mais fortes da natureza. Superar a força nuclear forte requer muita energia, e essa energia é liberada quando os núcleos são reorganizados.

Nas reações nucleares, a energia liberada vem da conversão de massa em energia, segundo a famosa equação de Einstein E=mc². Quando os núcleos atômicos se combinam ou se dividem, uma pequena quantidade de massa é convertida em uma grande quantidade de energia. É por isso que as reações nucleares podem produzir tanta energia.

Por exemplo, quando um átomo de urânio sofre fissão nuclear, ele se divide em dois átomos menores, como criptônio e bário. Este processo libera uma enorme quantidade de energia porque uma pequena quantidade da massa do átomo de urânio é convertida em energia. A energia liberada numa única reação de fissão é equivalente à energia liberada pela queima de várias toneladas de carvão.

A energia liberada nas reações nucleares é o que torna possíveis as usinas nucleares e as armas nucleares. Numa central nuclear, a libertação controlada de energia nuclear é utilizada para gerar electricidade, enquanto numa arma nuclear, a libertação descontrolada de energia nuclear provoca uma explosão devastadora.