原子弹是利用铀和钚等较容易裂变的重原子核在核裂变瞬间发出巨大能量的原理而发生爆炸的。铀-235和钚-239此类重原子核在中子的轰击后，通常会分裂变成二个中等质量的核，同时再放出2-3个中子和200兆电子伏特能量。在裂变中放出的中子，一些在裂变系统中损耗了，而一些则继续进行重核裂变（继续轰击重原子核）反应。只要在每一次的核裂变中所裂变出的中子数平均多余一个（即中子的增值系数大于1），核裂变就可继续进行。一次一次的反应后，裂变出的中子总数以指数形式增长，而产生的能量也随之剧增，如果不加控制，这个裂变系统会变为一个激烈的链式裂变反应。
在此类重核裂变反应中，系统可在极短时间内释放出大量的能量。当下一代中子数有二位数时，在不到一微秒时间内，一千克的铀或钚中会有2.5x10的24次方原子核发生裂变反应，而在这不到一微秒的时间内，此反应所产生的能量相当于2万顿TNT当量。这就是原子弹极具破坏性威力的来源。在原子弹实际使用及爆炸中，为了提高爆炸的威力，利用“快中子裂变体系”，需要使用高浓度的裂变物质作为装药。，同时药量必须运运超过临界质量。使中子的增值系数运运大于一。
