Designa-se por fissão nuclear a reação nuclear na qual um núcleo pesado (tal como o de urânio) se divide em duas partes de igual grandeza (produtos de fissão), acompanhada da emissão de dois ou três neutrões e radiações, e durante a qual se liberta uma enorme quantidade de energia (energia de fissão).
Nos finais dos anos 30 obtiveram-se, através do bombardeamento de núcleos de urânio com neutrões térmicos, núclidos radioativos cujo número máximo de protões superava o máximo (Z = 92) dos elementos que se encontravam em estado natural. Estes elementos artificiais foram designados por transurânideos.
Foram os químicos alemães Otto Hahn (1879-1968) e Friedrich Wilhelm Strassmann (1902-1980), que, em 1939, enquanto tentavam conseguir novos elementos transurânideos baseando-se no trabalho da física austríaca Lise Meitner (1878-1968), realizaram uma sensacional descoberta de importantes consequências: numa amostra de urânio irradiada por neutrões encontraram amostras de bário e crípton, cuja origem se encontrava na fragmentação dos núcleos de urânio. Tal descoberta permitiu concluir que os núcleos de urânio se tinham fissionado e daí a designação deste fenómeno por fissão nuclear. Numa reação de fissão nuclear, se um neutrão penetra no núcleo de urânio, a energia de ligação dos nucleões (partículas constituintes do núcleo) que se liberta (7 MeV, aproximadamente) é suficiente para provocar no núcleo de urânio grandes oscilações. O núcleo passa a ter a forma de um haltere, com dois polos de carga idêntica. A força de repulsão quebra-o e os fragmentos produzidos arrastam uma parte dos eletrões do córtice, formando-se dois átomos de peso médio, normalmente com uma relação de 2:3. Dado que a força de ligação dos núcleos muito pesados é menor que a dos intermédios (aos quais pertencem o bário e o crípton), esta diferença de energia de ligação liberta-se durante a fissão nuclear.
O valor desta enorme energia liberta-se na forma de radiação gama (7 MeV) e outra parte encontra-se associada aos produtos de fissão, geralmente radioativos, e liberta-se pouco a pouco durante a desintegração destes produtos (13 MeV).
Contudo, a maior parte desta energia encontra-se sob a forma de energia cinética dos produtos de fissão (165 MeV). Estes fragmentos incidem no material circundante e transformam esta energia em energia térmica que pode ser aproveitada nos reatores nucleares.
A possibilidade de produção de energia, em quantidades antes inimagináveis, levou muitos cientistas a trabalhar com a fissão do urânio e, a partir desses trabalhos foram realizadas duas novas descobertas: a fissão só ocorre com o isótopo 235 do urânio e para que a reação ocorra em cadeia libertando uma grande quantidade de energia num intervalo de tempo muito pequeno, é necessária uma quantidade mínima de material fissionável, denominado por massa crítica.
Estas duas novas descobertas tiveram duas consequências imediatas. Por um lado o enorme esforço dos Estados Unidos, no sentido de fabricar, antes da Alemanha, uma bomba que usasse a fissão nuclear (bomba atómica) e por outro lado o desenvolvimento de um método que permitisse aumentar o teor de urânio 235.