原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称核子。当核子组成原子核的时候，它们之间靠得很近，除了有电磁相互作用以外，还有核力的相互吸引。核力的作用距离很短，大约相当于原子核的半径，当核子之间的距离拉大以后，核力就消失了。但是，核力很大，远远大于电磁力，这样，原子核才能结合成一个坚实的整体。

当核子结合为原子核时，会释放出能量，这个能量称为结合能，结合能来源于原子核的质量亏损。原子核释放出的结合能是核能的来源。原子核结合能的大小与原子核内核子的数量有关，原子核越大，包含的核子的数量越多，结合能也越大。平均每个核子的结合能称为比结合能。比结合能越大的核素释放出来的能量也越多。原子质量数很大的原子核和原子质量数很小的原子核，比结合能都相对小，只有中等原子质量数的原子核比结合能大。获得核能可以通过以下两种途径：一种是使原子质量数大的原子核裂变成中等原子质量数的原子核；另一种是将小原子质量数的原子核融合成较大的原子核。前者称为裂变能，后者称为聚变能。现在已经得到广泛应用的裂变能，例如核电站、核动力舰船等。人们已经了解了聚变的理论，但是，要想具体实现聚变能的利用还需解决很多具体技术问题，现在仍然处于研究阶段。