Energi nuklir adalah energi yang yang dihasilkan dari reaksi pembelahan uranium oleh neutron, reaksi ini disebut reaksi fisi atau pembelahan. Energi nuklir juga dapat dihasilkan dari reaksi dua inti atom ringan yang menghasil inti atom yang lebih berat sekaligus menghasilkan energi, reaksi ini disebut reaksi fusi. Saat ini energi nuklir dari reaksi fisi sudah dimanfaatkan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), sementara fusi masih dalam penelitian di berbagai negara.

Dalam reaksi fisi, neutron termal bereaksi dengan U-235 menjadi hasil belah, dan neutron baru, serta energi. Neutron tersebut kemudian dipakai untuk bereaksi dengan U-235 kembali, sehingga terjadi reaksi berantai. Prinsip tersebut dipakai untuk PLTN maupun untuk senjata nuklir, bedanya, PLTN dayanya dikontrol menggunakan batang kendali.

Partikel nuklir seperti proton dan neutron tidak terpecah di dalam proses reaksi fisi dan fusi, tetapi kumpulan dari mereka memiliki massa lebih rendah daripada jika mereka berada dalam posisi terpisah/ sendiri-sendiri. Adanya perbedaan massa ini dibebaskan dalam bentuk panas dan radiasi di reaksi nuklir (panas dan radiasinya mempunyai massa yang hilang, tetapi terkadang terlepas ke sistem, di mana tidak terukur). Energi matahari adalah salah satu contoh konversi energi ini. Di matahari, proses fusi hidrogen mengubah 4 miliar ton materi surya per detik menjadi energi elektromagnetik, yang kemudian diradiasikan ke angkasa luar.