原子核由质子和中子等核子构成（中子不带电但能通过核相互作用产生影响）

中子不带电但能通过核相互作用产生影响。核素指具有确定质子数和中子数的一类原子。稳定核素不会发生已知可观测的自发衰变。放射性同位素可以用于示踪物质迁移过程。碳十四测年依赖生物死亡后同位素比例变化。放射性测年需要选择适合目标年代的核素体系。核磁共振利用某些原子核磁矩的量子行为。磁共振成像通常不依赖电离辐射形成图像。

核聚变需要克服或穿过带电核之间的势垒。太阳内部主要依靠轻核聚变维持能量输出。核裂变可以把重核分成较轻的核碎片。某些裂变过程同时放出中子并释放大量能量。链式反应依靠新生中子诱发后续核裂变。临界状态对应链式反应平均能够自持。反应堆控制棒通过吸收中子调节反应过程。慢化剂使部分中子的平均动能降低。

核能与原子核结构变化所释放的能量有关。化学反应一般不改变参与原子的原子核组成。核反应中需要同时满足电荷和能量等守恒。核截面表征某类核反应发生概率的有效尺度。核反应截面往往明显依赖入射粒子的能量。魔数对应某些具有较高稳定性的核子数目。液滴模型从集体性质近似描述原子核行为。壳层模型强调核子在量子能级中的排布。超重元素的原子核通常具有较短寿命。