Ilustrația decăderii uraniului -235
Diviziunea nucleară este un proces în care un nucleu atomic se împarte în două (rareori trei) nuclee cu mase apropiate, numite fragmente de fisiune. Ca urmare a fisiunii, pot apărea alte produse de reacție: nuclei ușori (în principal particule alfa), neutroni și raze gama. Fisiunea nucleară, care apare în lumea modernă, este, de regulă, iradierea neutronilor provocată de om. Mai rar, această reacție este naturală sub forma de dezintegrare radioactivă spontană. apare în special la numere foarte mari de izotopi în masă. Fissionul nucleelor grele este un proces exotermic, în care se eliberează o cantitate mare de energie sub forma energiei cinetice a produselor de reacție, precum și a radiației. Pentru ca fisiunea să conducă la crearea energiei, energia totală a produselor de reacție trebuie să fie mai mare decât cea a nucleului original. Diviziunea este o formă de transmutare a nucleilor, deoarece fragmentele finale nu sunt aceleași elemente ca atomul inițial.
În plus față de fisiunea nucleară, poate să apară și degradarea alfa a nucleelor grele (uraniu, plutoniu, etc.). În astfel de cazuri, se spune că două sau mai multe canale de decădere sunt probabile. Elementele transuranium (care se află în tabelul periodic după uraniu) sunt deseori descompuse ca urmare a fisiunii.