众所周知，从人类学会利用火的时候，人类已经开始主动利用能源，自那时起，能源的使用已经变成人类进步不可或缺的基本要素和人类文明程度的一种标志。
在核能被发现和得到利用前，人类所利用的主要能源方式是化学能和水能等。十九世纪末到二十世纪初，物理学又得到了一次极大的发展，人类对物质结构的认识开始深入到原子甚至更微观的粒子水平，这客观上为人类利用核能奠定了基础。
1939年，德国科学家奥托·哈恩发现了元素铀的同位素235U原子核在中子的轰击下可以发生核裂变并同时放出能量（见图），很多重核同位素，如233U，239Pu等，都能产生核裂变反应。而核裂变反应放出的能量比化学反应大的多，这预示了核能利用的前景。
如图1所示， 235U原子核在裂变后生成裂变碎片并同时放出2～3个中子，如果新产生的中子能够轰击其它的235U原子核并导致新的核 裂变，裂变反应就可以不断持续下去，我们将这个过程形象地称作“链式反应”见图2.在不断的链式反应下，核能被源源不断地释放出来。
除了235U等裂变可以放出核能外，氢的同位素，如氚（3H）的原子核在一定条件下也可以聚合成氦（He）原子核，同时放出能量，这也是核能的一种形式。我们通常将核裂变反应放出的核能称为“裂变能”，而核聚变反应放出的核能称为“聚变能”。
据科学家估计，以目前的能源利用规模，仅海洋中存在的聚变核素就可以供应人类上万年使用，这将彻底解决人类的能源问题。但目前人类离实现可控的核聚变，特别达到商用水平，还有较大的距离，因而现在核能和平利用的方式主要是对裂变能的利用。
核能首先被应用到了军事领域，如原子弹和核潜艇等。不幸的是，1945年美国投放到日本广岛和长崎市的原子弹造成了巨大的人员伤亡和物质毁坏，这是导致许多人畏核与反核的重要原因之一。
