L’uranium naturel est constitué d’atomes lourds (U-238, U-235, U-234). L’uranium-238 est le plus abondant, à environ 99 %. L’U-235 est qualifié de « fissile » possèdent un noyau capable de se casser en deux noyaux plus petits (produits de fission) sous l’impact d’un neutron. Ce phénomène est appelé fission nucléaire.

Le neutron n’ayant pas de charge électrique, il peut facilement s’approcher du noyau et pénétrer à l’intérieur sans être repoussé. La fission s’accompagne d’un grand dégagement d’énergie et en même temps, de la libération de deux ou trois neutrons. Les neutrons libérés peuvent à leur tour casser d’autres noyaux, dégager de l’énergie et libérer d’autres neutrons, et ainsi de suite. C’est la réaction en chaîne.

Dans la nature, seul l’isotope 235 de l’uranium est fissile. D’autres isotopes naturels, par exemple l’uranium-238 ou le thorium-232, ne sont pas fissiles mais fertiles, car ils peuvent capturer les neutrons et les noyaux résultant de cette capture ou leurs descendants (respectivement le plutonium-239 et l’uranium-233) sont fissiles. C’est à partir de ce mélange de noyaux fissiles, fertiles et absorbants qu’est contrôlée une réaction en chaîne dans le cœur d’un réacteur nucléaire. Et c’est par cette réaction en chaîne équilibrée qu’une production d’électricité continue et maîtrisée est assurée.

Aujourd’hui, on sait déclencher une réaction nucléaire, l’amener et l’entretenir au niveau de puissance voulu et l’arrêter à volonté en contrôlant à tout moment la quantité de neutrons, grâce à l’utilisation de noyaux d’atomes capables d’absorber les neutrons sans émettre de produits de fission (bore, cadmium, hafnium, etc.) à l’aide de barres de contrôles. Il est ainsi possible de faire varier la puissance du réacteur, le maintenir en marche ou l’arrêter, en l’espace de quelques minutes, selon la quantité de neutrons libérés dans le cœur du réacteur.