核能技術的基本原理涉及原子核的裂變和聚變，這兩種過程都能釋放出巨大的能量。
在裂變過程中，重原子核分裂成更輕的原子核，同時釋放出能量。這種過程在某些元素中可以自發發生，但在其他情況下，可以通過外部中子誘導發生。例如，鈾-235和鈈-239等元素的同位素在吸收中子後會分裂，釋放出更多的中子和能量，引發連鎖反應。
聚變則是輕質原子核在極高溫度和壓力下融合成更重的原子核，並釋放能量。例如，氘和氚等輕核的聚變可以產生巨大的能量。
核電站利用的是核裂變能。在核反應堆中，核燃料（如鈾或鈈）發生裂變，產生大量熱能。這些熱能加熱冷卻水，使其變成高溫高壓的水蒸汽。然後，水蒸汽推動汽輪機帶動發電機發電。
核能的這些套用展示了人類對原子核內部能量的利用能力，同時也帶來了安全和輻射防護等挑戰。