轻核聚变和重核裂变都可能释放能量，单位核子结合能有助于比较原子核稳定程度

核聚变需要克服或穿过带电核之间的势垒。太阳内部主要依靠轻核聚变维持能量输出。核裂变可以把重核分成较轻的核碎片。某些裂变过程同时放出中子并释放大量能量。链式反应依靠新生中子诱发后续核裂变。临界状态对应链式反应平均能够自持。反应堆控制棒通过吸收中子调节反应过程。慢化剂使部分中子的平均动能降低。

中子不带电但能通过核相互作用产生影响。核素指具有确定质子数和中子数的一类原子。稳定核素不会发生已知可观测的自发衰变。放射性同位素可以用于示踪物质迁移过程。碳十四测年依赖生物死亡后同位素比例变化。放射性测年需要选择适合目标年代的核素体系。核磁共振利用某些原子核磁矩的量子行为。磁共振成像通常不依赖电离辐射形成图像。

贝塔衰变涉及核内粒子转变与轻子发射。伽马衰变通常改变原子核能态而不改变核子数。放射性活度表示单位时间发生的衰变次数。贝可勒尔是国际单位制中的放射性活度单位。吸收剂量与物质单位质量获得的辐射能量有关。戈瑞与希沃特对应含义不同的辐射测量量。不同辐射在物质中的电离密度存在差异。阿尔法粒子穿透能力通常较弱而电离较强。