Nazywane również rozszczepieniem jądrowym, rozszczepienie atomu powoduje zmniejszenie jego całkowitej masy, powodując uwolnienie stosunkowo dużej ilości energii. Praktycznie każdy atom może generować energię jądrową w ten sposób, ale te o największej masie atomowej zapewnią najwięcej energii z rozszczepienia.
Reaktory jądrowe polegają na rozszczepieniu w celu wytworzenia ciepła, które następnie powoduje wrzenie basenów chłodniczych, napędzając turbiny parowe. W innych przypadkach nagły i gwałtowny proces rozszczepiania powoduje wybuchy jądrowe, które mogą zniszczyć ogromne obszary geograficzne. Sam proces jest niezwykle wydajny, ale wymaga dużej inwestycji energii początkowej do wygenerowania. W przeciwieństwie do rozszczepienia, proces syntezy, w którym połączone są dwa atomy, wytwarza kilkakrotnie więcej energii, ale nie stwarza ryzyka skażenia jądrowego lub zanieczyszczenia. Również zużyte pręty paliwowe izotopu pozostają niebezpieczne przez wiele tysięcy lat, podczas gdy materiały zużyte podczas procesu zgrzewania pozostają bezpieczne do obsługi i transportu. Najpopularniejszy proces syntezy, czyli przekształcania wodoru i tlenu w wodę, jest często najłatwiejszy i najczęściej wymieniany. Te dwa elementy nie tylko są najobficiej dostępne, ale także łatwiej się łączą niż inne elementy.
