Fisi nuklir
Isotop elemen kimia yang dapat meneruskan reaksi rantai fisi disebut bahan bakar nuklir, dan bersifat "fisil". Jenis bahan bakar nuklir yang paling umum adalah U (isotop uranium dengan massa atom 235 dan digunakan di reaktor nuklir) dan Pu (isotop plutonium dengan massa atom 239). Bahan bakar nuklir ini akan terpecah menjadi 2 bagian membentuk elemen kimia dengan massa atom mendekati 95 dan 135 u (produk fisi). Kebanyakan bahan bakar nuklir melalui tahap fisi spontan dengan amat lambat, meluruh melalui sebuah reaksi peluruhan partikel alfa/partikel beta dengan waktu sampai bermilenium-milenium. Dalam reaktor nuklir atai senjata nuklir, reaksi fisi yang besar ini disebabkan karena induksi neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi sebelumnya.
Nukleosintesis
Di dalam teori modern, terdapat sejumlah proses astrofisika yang diyakini bertanggung jawab atas nukleosintesis di alam semesta. Sebagian besar darinya terjadi pada materi panas di dalam bintang. Proses-proses fusi nuklir yang silih berganti yang terjadi di dalam bintang dikenal sebagai pembakaran hidrogen (melalui reaksi rantai proton-proton atau siklus CNO), fusi helium, proses pembakaran karbon, proses pembakaran neon, proses pembakaran oksigen, dan proses pembakaran silikon. Proses-proses ini mampu menghasilkan unsur-unsur hingga besi dan nikel, wilayah isotop-isotop ini memiliki energi pengikatan per inti tertinggi. Unsur-unsur yang lebih berat dapat dirakit di dalam bintang oleh suatu proses penangkapan elektron yang disebut proses s atau di dalam lingkungan ledakan, seperti supernova, oleh sejumlah proses. Beberapa dari yang lebih penting dari proses-proses ini termasuk proses r, yang melibatkan penangkapan neutron cepat, proses rp, yang melibatkan penangkapan proton cepat, dan proses p (kadang-kadang disebut proses gama), yang melibatkan fotodisintegrasi (fototransmutasi) dari inti-inti atom yang ada.