Bei einer Kernspaltung wird ein Atomkern in zwei Fragmente vergleichbarer Masse aufgeteilt. Die Kernspaltung kann bei schweren Kernen von selbst erfolgen (spontane Spaltung) oder durch Zufuhr einer geeigneten Anregungsenergie erzwungen werden (induzierte Spaltung).
Die Massen der beiden Spaltprodukte verhalten sich in etwa wie 2:3. Bei der Spaltung werden etwa 10 % der Kernbindungsenergie, etwa 120–200 MeV, als kinetische Energie der Bruchstücke frei. Außerdem ist der Spaltvorgang mit der Emission von intensiver Gammastrahlung sowie von zwei bis drei schnellen Neutronen (Spaltneutronen) verbunden. Dabei tritt ein Teil der Spaltneutronen erst nach einigen Sekunden auf (verzögerte Neutronen). Das bietet die Möglichkeit, den Neutronenfluss zu steuern und so gezielt Kettenreaktionen auszulösen. Deswegen lässt sich die K. zur Gewinnung von Kernenergie in Kernreaktoren oder zum Auslösen einer unkontrollierten Explosion in Kernwaffen ausnutzen.
Eine induzierte Spaltung kann außer durch Absorption eines Neutrons auch durch Absorption eines energiereichen Protons, Deuterons oder anderen energiereichen Teilchens oder auch eines Gammaquants (Fotospaltung) herbeigeführt werden. Die Spaltprodukte sind meist radioaktiv, da sie i. A. einen erheblichen Neutronenüberschuss besitzen, den sie durch mehrfachen Betazerfall ausgleichen.
Das Uranisotop 235U wird durch langsame Neutronen gespalten; 238U hingegen ist nur durch Neutronen mit Energien von über 1 MeV spaltbar und wandelt sich bei Anlagerung eines langsameren Neutrons in 239U um. Dieses geht nach Emission zweier schneller Elektronen in das Plutoniumisotop 239Pu über, das seinerseits wieder durch langsame Neutronen gespalten werden kann. Daher dienen v. a. 235U und 239Pu als Spaltmaterial in Kernreaktoren bzw. in Kernwaffen. Bei der Spaltung von 1 g 235U wird die Energie \(2,26 \cdot 10^4\,\text{kWh}\) frei; dies entspricht der Sprengkraft von 20 t des chemischen Sprengstoffs TNT (Trinitrotoluol).