A maghasadás (fisszió)
Otto Hahn és Fritz Strassmann nevéhez fűződik a maghasadás értelmezése. A híres atomfizikai laboratóriumokban már észlelték a jelenséget, de nem tudták megadni a pontos magyarázatát. Hahn és Strassmann cikke az új eredményről 1939. Január 16-án jelent meg a Naturwissenscaften című folyóiratban. Ennek lényege, hogy ha az uránmagot neutronokkal bombázzuk, akkor az két, körülbelül egyenlő részre szakad. A hasadáskor radioaktív részecskék keletkeznek, főként 
-sugárzók. Eddig kb. 360 különböző izotóp magot sikerült ezek között megkülönböztetni.
Kiszámolták a reakció energia-mérlegét is: 1 kg urán hasadásakor annyi hő szabadul fel, mint 3 millió kg szén elégetésekor (vagy 14 millió kg dinamit felrobbantásakor). Ferminek rögtön eszébe jutott, hogy a hasadáskor keletkező neutronokat újabb magok hasítására lehetne felhasználni, és így láncreakciót megvalósítani. Egyetlen U235 hasadáskor felszabaduló energia:
| Hasadási termékek energiája |
165-8 MeV |
| A kiszabadult neutronoké |
5 MeV |
A - és  -sugárzásé
|
18-20 MeV |
| A neutrínóké |
9-10 MeV |
Az egy nukleonra jutó kötési energia grafikonjáról látszik, hogy a legmélyebb energiájú atommag az 56-os tömegszámú vasé. Ez annyit jelent, hogy ha nála nagyobb tömegű atommag hasad, akkor energia szabadul fel. Ha pedig nála kisebb energiájú magok egyesülnek, akkor ugyanez a helyzet. Az urán azon atomok közé tartozik, amelyek magja a legkönnyebben hasad. A természetes uránnak kb. 99,3%-a 238-as tömegszámú és csupán 0,7%-a 235-ös. Ez azért fontos, mert hasításra igazán csak az utóbbiak képesek. Mivel minden hasadás alkalmával 2-3 neutron is keletkezik, ezek további magokat hasíthatnak.
Az egy nukleonra jutó kötési energia
A láncreakció
Szilárd Leó 1934 március 12-én szabadalmat jelentett be a láncreakcióra. "Neutron-láncreakciót csak metastabil elemek realizálhatnak. Ilyen elem egy neutront befogva energiára tesz szert, és ez az energia az elem bomlását idézheti elő, miközben több energia szabadul föl és két neutron léphet ki". Az uránmag hasadását 1939 januárjában megerősítette Fermi, Szilárd és Anderson.
A maghasadáskor keletkező neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak, amelyekből újabb neutronok szabadulnak fel, azok újabb magokat hasítanak stb., és így kialakul a láncreakció. Közben óriási energia szabadul fel.
A láncreakció
Egyáltalán nem biztos, hogy a felszabaduló neutronok újabb magot hasítanak. Többféleképpen folytatódhat életútjuk:
- ha az urántömb mérete túl kicsi (nem éri el a kritikus tömeget), akkor a neutronok hasítás nélkül lépnek ki belőle
- befogódhatnak nem hasadó anyagokban (ha az urán nem tisztán van jelen)
- befogódhatnak a hasadó anyagokban (rezonanciabefogás)
- hasadást okoznak
A láncreakció akkor marad fenn tartósan, ha időátlagban legalább egy neutron szabadul fel hasadásonként.
Az egy neutron által létrehozott, újabb hasadásokat okozó neutronok számát sokszorozási vagy multiplikációs tényezőnek nevezzük. Jele: k
- k = 1: kritikus állapot
- k > 1: szuperkritikus állapot (exponenciálisan elszalad a láncreakció, 1 kg U235 egymilliomod másodpercnél rövidebb idő alatt is felrobbanhat
- k < 1: szubkritikus állapot
Ha az urántömb mérete túl kicsi, akkor a neutronok hasítás nélkül hagyják el, ezért a láncreakcióhoz szükség van egy ún. kritikus tömegre. Ez pl. az U235 esetén 47 kg.