有一个著名的公式，E=mc^2，即能量等于质量乘光速的平方。当产生核反应时（核裂变或核聚变），从变化前后物质的总量上看，变化后的物质质量减少了，这部分减少的质量转化为了能量。这个过程主要是在原子核上进行的，故称核能。
原子能又称“核能”。即原子核发生变化时释放的能量，如重核裂变和轻核聚变时所释放的巨大能量。放射性同位素放出的射线在医疗卫生、食品保鲜等方面的应用也是原子能应用的重要方面。在发现原子能以前，人类只知道世界上有机械能，如汽车运动的动能；有化学能，如燃烧酒精转变为二氧化碳气体和水放出热能；有电能，当电流通过电炉丝以后，会发出热和光等。这些能量的释放，都不会改变物质的质量，只会改变能量的形式。
核能的来源
从1932年发现中子到1939年发现裂变，结果经历了七年之久才把巨大的裂变能从铀核中解放出来。它同已知的只有几个电子伏的化学能相比要大几百万倍，而同一般的核反应能相比也要大十倍左右。科学家们为了能很好利用它，就需要设法找到产生这种巨大能量的根源。
早在发现放射性和放射性核素的初期，人们从贝克勒尔和皮埃尔·居里曾经被镭射线烧伤过皮肤的现象中觉察到，各种射线的确具有很大能量。例如，铀原子核衰变能量要比碳原子化合时所释放的能量大两百万倍。而人类对各种化学能的应用早就开始了，但对放射能的实际应用却迟迟不得实现。这是由于这些放射能的释放过程非常缓慢，也就是说这些天然放射性核素哀变时的能量释放率太小，故没有开发应用的价值。即使这样，科学家们还是对放射能的来源问题很感兴趣。从唯物主义者对物质世界的认识论观点出发，各种能量都不能凭空臆造或无中生有，它只能隐藏在物质之中。
当时人们已知原子是组成物质的最小单位，因此很自然地认为放射能是存在于原子内部。那是在1903年，当卢瑟福研究了α射线的能量后曾经指出：“这些需要加以思考的事实都指向同一个结论，即潜藏在原子里面的能量必是巨大无比的”。所以至今人们仍把放射能叫做“原子能”。
然而，随着核科学的不断发展，在1911年，卢瑟福又发现了原子中存在着某一核心部分，即找到了原子核。并从它的特性中知道，原子质量的绝大部分都集中在原子核上。这样，人们就认为原子核中储藏着巨大能量的说法更能反映客观实际。而放射能实际上也就是由于原子核自身发生变化时所释放出的能量。另外，原子能的提法又很容易和化学能相混混淆，所以把放射能称之为“核能”更符合实际情况。
但是，有些唯心论的学者曾经企图从原子核的放射性衰变现象中，作出物质似乎可以转变为能量的错误结论。他们认为，在放射性核素的衰变过程中，物质似乎消失了，而能量却无中生有了。然而，随着核科学的迅速发展，很快就驳斥了唯心论者的谬误。这就是在1905年，由杰出的天才理论物理学家爱因斯坦发现了能量和质量关系式后才实现的。他是一个出生在德国，后来先后加入过瑞士和美国国籍的犹太人。他所提出的“狭义相对论”理论不仅能证实能量转变和守恒定律的正确性，而且完全适用于核衰变的过程。根据他对各种运动物体的观察(特别是那些作高速运动的物体)和分析的结果。发现随着物质运动速度的增大，特别是接近光速(每秒30万公里)时，运动物质在运动方向上的长度(即由静止观察者所测得的长度)就越来越短；而其质量却越来越大。
根据爱因斯坦的相对论理论，对于高速运动的电子(如阴极射线)，它的运动速度已很接近光速，为260000公里／秒。此时电子质量可猛增到原来的两倍。这一结果由德国物理学家布赫雷尔在1908年直接从实验测量中得到证明，且和爱因斯坦的理论预测值刚好相一致。由此不难看出，能量的增加并不意味着质量的减少。相反实际上物体运动速度加快后，不但能量增加，而且质量也变大。这就驳倒了唯心论者认为放射性现象的发现，物质似乎可以转变为能量的错误说法。微观世界中的这种奇妙现象再次证明了“自然界中的一切运动都可以归结为由一种形式向另一种形式不断转化的过程”和“把能量理解为物质的运动”的精辟见解的正确性。
另外，爱因斯坦在自己论述相对论的论文中，又大胆地用一个非常简单的关系式E＝mc，把以前一直认为相互毫无关系的、性质也截然不同的质量和能量连结在一起。公式表示了能量和质量间互相换算的数量关系，即质量和能量是互为正比关系的。但这决不表示能量就是质量或能量和质量间相互可以转化。我们知道能量是物质运动的量度，它和物质运动的状态有关，是物质的一种属性；而质量是物质惯性和引力的量度，它也和物质的本性有关，是物质的另一种属性。
例如，我们可从质能公式算得一克质量所相当的能量为九万亿亿尔格。虽然尔格本身是一个很小的能量单位，但是九万亿亿个尔格相加起来相当于把1000万吨重的东西提升到1公里的高度，或可供一个100瓦的灯泡点亮35000年。但是实际上人类对这种能量的利用率仅为千分之一左右，所以它是一种威力巨大无比的能源。正是由于这种微小质量与巨大能量在数值上有着天渊之别，才使得人们在自己的科学实验中，很长时期未能发现它们之间的关系。而在一般化学反应中，与释放能量相对应的反应物质量也能稍微减少一点。然而，这个微小量的改变，人们几乎觉察不到。如果我们燃烧l加仑(等于3785升)汽油，其相当的质量是2800克。它在燃烧过程中与10000克左右的氧气化合成二氧化碳和水，并能产生135亿焦耳的能量，能驱动一辆汽车行驶25～30公里路程。但从质能关系式中可看出，这些能量所相当的质量仅比百万分之一克略多一点。这就是说，最初参加化学反应的反应物重量是2800克加上10000克等于12800克。而反应后的生成物包括二氧化碳和水的重量是从12800克中减去一个微小量(百万分之一克)。当时，十九世纪的化学家所用的测重仪是量不出这样微小变化的，所以那时科学家们都深信质量是永远守恒的。
核能定义：
核能，或称原子能，是通过核反应从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的质能方程。
产生原因：
⒈核裂变：较重的原子核分裂释放结合能。
⒉核聚变：较轻的原子核聚合在一起释放结合能。
⒊核衰变：原子核自发衰变过程中释放能量。
核能是能源家族的新成员，它包括裂变能和聚变能两种主要的形式。裂变能是重金属元素的质子通过裂变而释放出巨大能量，目前人类已经实现商用化。因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上的含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生长寿命、放射性较强的核废料，污染环境，因此这些因素一定程度的限制了裂变能的发展。而核聚变的形式目前还尚未实现商用化。
核聚变是指由质量小的原子（主要是指氘或氚），在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合的作用，从而生成新的质量更重的原子核，并且伴随着巨大的能量释放出来的一种核反应形式。原子核中蕴藏着巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核转化为另一种原子核）往往还伴随着巨大能量的释放。如果是由重的原子核变为轻的原子核，叫做核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变为重的原子核，就叫做核聚变，如太阳发光发热的能量来源。
比原子弹威力更大的核武器是氢弹，它就是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，核聚变是几个原子核聚合成一个原子核的过程，只有较轻的原子核才会发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等。核聚变会释放出巨大的能量，而且要比核裂变释放出的能量大很多。太阳内部连续进行着氢聚变成氦的过程，它的光和热就是由核聚变产生的。
利用核能的最终目的是要实现受控核聚变释放的能量。核聚变和核裂变相比，它有两大优点：一是地球上蕴藏的核聚变能源远比核裂变能量丰富得多。据专家测算，每升海水中含有003克氘，而地球上有70%的面积被海水所覆盖，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变释放的能量相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。如果把地球上海水中所有的氘全部用于核聚变反应，那么其释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且其反应产物是无放射性污染的氦；二是由于核聚变过程中需要维持极高的温度，如果某一环节出现问题，燃料的温度下降，核聚变反应就会自动终止。也就是说，聚变堆是安全的。因此，聚变能是一种无限的、环保的、安全的新能源，这就是为什么世界各国，尤其是发达国家都不惜花费大量人力物力财力，竞相研究、开发聚变能的原因所在。
目前，实现核聚变的方法有很多种。最早的著名方法是“托卡马克”型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内。虽然在实验室条件下已接近成功，但要达到工业应用的水平还有一段遥远的距离。按照目前的技术水平，要建立“托卡马克”型核聚变装置，需要大量的资金支持；另一种实现核聚变的方法是惯性约束法，惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内，从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，球面内层受到它的反作用，会向内挤压（反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束），就像喷气飞机气体会往后喷而推动飞机飞行一样，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度急剧升高而升高，当温度达到所需要的点火温度（大概需要几十亿摄氏度）时，小球内的气体便会发生爆炸，并产生大量热能。这种爆炸过程所需的时间很短，只有几皮秒（1皮等于1万亿分之一）。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站释放的能量。
原理上看很简单，但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率，离需要的功率还差几十倍、甚至几百倍，再加上其他种种技术上的问题，使得惯性约束核聚变仍是人类可望而不可及的技术。
核聚变是当前社会最有发展前途的新能源，核聚变反应是氢弹爆炸的基础，能够在一瞬间产生大量的热能，但目前人类还无法加以利用。如果使核聚变反应在一定的约束区域内，能够根据人们的意图有控制地使其产生与进行，实现持续、平稳的能量输出，就可以实现受控热核反应。不过，这正是目前科学家们进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础，如果聚变反应堆一旦实验成功，则可能会为人类提供最环保而又取之不尽的新能源。
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