原子彈利用了重核裂變的原理，主要的原料為鈾-235和鈈-239。當鈾-235或者鈈-239被中子轟擊之後，它們會裂變為更輕的原子核。反應後質量出現虧損，質量方程表明，那些質量轉換成了能量。與此同時，裂變過程還會釋放出新的中子，這些中子又會轟擊其他重原子核，引起鏈式反應，從而可以釋放出巨大的能量。
為了製造原子彈，鈾-235的濃度需要達到90%，鈈-239的濃度需要達到93%。要製得武器級純度的核材料，並非是一件容易的事情。
鈾-235需要從鈾礦石中獲得。但在自然界中，鈾礦石中只有大約0.7%的鈾-235。為了提高鈾-235的濃度，需要經過一系列的提純過程。提純方法主要是氣體離心法，這需要耗費大量的能量。據估計，200噸的鈾礦石只能提煉出1公斤的武器級濃縮鈾。再加上探礦、採礦過程，提純鈾-235將需要耗費巨大的能量。另一方面，鈈-239需要從核反應堆中提煉出來。
在二戰期間，美國投向廣島的“小男孩”原子彈是一顆鈾彈，包含了64公斤鈾-235，結果只有大約1.56%的鈾-235發生了核裂變反應，大部分的鈾-235都被浪費掉。這顆原子彈爆炸所產生的能量約為5.5×10^13焦耳，相當於1500萬度電。
如果單從能量的角度來看，原子彈的投入肯定是大於產出的。儘管如此，核武器的威懾力不言而喻，這並不是一道簡單的算術題。
另一方面，如果從發電的角度來看，核裂變反應產生的能量肯定要大於製造核材料的能量，否則用核燃料來發電就沒有任何意義。核電站用鈾-235的核裂變反應來產生能量，加熱水產生水蒸氣，由此推動汽輪機帶動發電機進行發電。
在核電站中，鈾-235的濃度約為3%，遠低於武器級，所以提煉的成本要比高濃縮鈾低了很多。只有這樣，通過核裂變反應來發電才是合算的。
未來，如果可控核聚變能夠被人類掌握，我們將能大幅度提高質能轉換效率，用核聚變反應來發電將有望解決能源短缺問題。
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