Nükleer reaktör'de kullanılan ve radyoaktif bir maden olan uranyum
tabii elementlerin en ağırlarındandır. Uranyumun atom çekirdeğinde 92 proton, 235 izotopunda 143 nötron vardır. 1939'da, Otto Hahn ve Fritz Strassmann adındaki Alman fizikçileri bu cekirdeğin «füzyonuna elverişli olduğunu, yani yavaş hareket eden bir nötronun etkisiyle iki ya da üç parçaya ayrılabileceğini, bu parçalanma sırasında bir miktar nötron ve gama ışınları yayacağını farkettiler. Oysa, serbest kalan nötronlar eğer ağır su ya da grafit gibi düzenleyici kitleler tarafından yavaşlatılırsa yeni uranyum çekirdeklerinin parçalanmasına yarayabilir, yeniden nötronlar serbest kalabilir ve bu parçalanma süreci böylece devam edebilirdi. Demek ki meydana getirilecek bir «zincirleme» reaksiyon sonucunda; bir kısmı ısı şeklinde olmak üzere, önemli miktarda enerji açığa çıkacaktı.
Böyle bir enerji iki yolda kullanılabilirdi: Ya sıkı bir kontrol altında tutulacak ve elektrik üreten termik santralleri çalıştırabilecek -eski adıyla atom pillerinde- yeni adıyla nükleer reaktörlerde kullanılacak ya da ondan, çok zararlı bir alanda, Hiroşima'yı yerle bir eden «atom bombası» şeklinde yararlanılacaktı. ..
İlk atom bombasından önce gerçekleştirilen ilk atom pili, Chicago'da dört yıl süren yorucu bir çalışma sonunda başarıya ulaşan İtalyan fizik!isi Enrico Ferni'nin (1901-1954) eseridir. Fakat Ferni, daha önceki çalışmalarıyla zaten üne kavuşmuş, 1938'de Nobel fizik ödülünü kazanmıştı.
Ferni ve aslen Macar olan Amerikalı meslektaşı Leo Szilard, atom pilini yapmak için, uranyum ve çok saf durumda grafitten ibaret bir kitle meydana getirmeyi düşündüler. Bu iki madde, zincirerne reaksiyonun başlayacağı bir «kritik hacme ulaşıncaya kadar kat kat ve üst üste yerleştirilecekti. Önce küçük çapta yapılan birkaç deneyden sonra büyük ölçüde gerçekleştirilecek ilk denemeyi Chicago Üniversitesi'nin stad tribünlerinin altında yapmaya karar verildi. İçinde deneyin yapılacağı 8 metre çapındaki büyük küre 12 Aralık 1942 günü çalıştırılmaya başlandığında «intihar ekibi» denen üç genç fizikçi, kürenin tepesine tırmanmışlar, bir aksilik olduğu takdirde, nötronları soğurarak reaksiyonun durmasını sağlayacak olan bir kadmiyum eriyiğini kürenin içine dökmeye hazır, bekliyorlardı. Ne var ki sonuç tam bir başarıydı! Mutlu olay, Harvard Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Bürosu Profesörü Conant'a önceden kararlaştırılan bir cümlelik telgrafla bildirildi: «İtalyan gemici Yeni Dünya'ya ulaştı..»
Radyasyona dayanıklı beton bir zırhın arkasında gizlenen nükleer reaktörlerle gerçekten yeni bir dünya doğuyordu. Nükleer reaktörlerin pek çok çeşidi yapılmıştır; bunlardan bazıları, deney pilleri, araştırma reaktörleri, harcadığı yakıtı kendine yeniden üretebilen sürjeneratörler, Fransa'da Chinon'daki gibi elektrik üretimi amacıyla kurulmuş reaktörlerdir.