重原子核（U235）不穩定，會自我分解為低電荷數的輕原子核，分解的過程中會釋放中子，這種分解的過程叫裂變，這是針對單個原子核來說明的。外界的刺激同樣能促進分解，最簡單直接的就是用中子轟擊重原子核導致其裂變，而恰好重原子核裂變時又能釋放中子，這樣就可以構成鏈式反應，利用重原子核釋放的中子激發旁邊的原子核依次進行裂變。只要原子核的數量足夠多，這個裂變就能持續，也就有了一個叫“臨界體積”的量。因為以U235為例，一大坨U235在一起，內部自動衰變所產生的中子密度足以引發鏈式反應，這就相當於原子彈自我爆炸了。所以一般U235這類裂變材料都是分開存放的，每塊大約是1公斤一塊（臨界體積好像是2公斤還是8公斤的球體），需要爆炸時再把4塊以上的材料合成一塊即可，最原始的原子彈就是這樣原理。

原子彈的理論本身其實很簡單：只要你拿到兩堆正確的物質（通常是鈾235或鈽237），然後把它們「緊緊地」放在一起，這樣維持一段足夠長的時間，可是當這兩堆物質靠太近時，會發生劇烈的反應而產生大量的能量，在瞬間（比一秒鐘小很多）迫使這兩堆物質分開。所以，最關鍵的問題就是得使它們能緊聚在一起維持約半秒鐘，這半秒鐘的延遲就是技術上最主要解決的。至於為什麼要用鈾或鈽，這個問題嚴謹來說的話比較複雜，鐳的輻射量和重量成正比，但鈾的輻射量和重量卻是成指數關係（也是這種性質使它具有爆炸性），我們知道，原子彈實際上就是原子核分裂後產生鏈式反應釋放大量能量，所以如果不用鈾和鈽這種元素週期表排最後幾位的作“核物質”的話，其它元素就比較疏鬆了，達不到所謂的“臨界狀態”，產生的中子會從其它原子間隙穿過，最終無法產生鏈式反應。