Tuumareaktsioone saab suures mastaabis jaotada kaheks põhimõtteliselt erinevat rada pidi toimuvaks protsessiks - tuumade lõhustumine ja tuumade ühinemine.

Tänapäeval on kommertskasutuses tuumareaktorid, mis toimivad tuumade lõhustamise meetodil. Fusioon ehk tuumasüntees on protsess, kus kergete aatomituumade liitumisel vabaneb energia (tekkinud osakeste mass on väiksem kui algsete tuumade masside summa). Näiteks triitiumi ja deuteeriumi (vesiniku isotoobid) ühinemisreaktsiooni esilekutsumisega saab energiat toota. Nn fusioonireaktoreid on küll tööle rakendatud, kuid madala kasuteguri tõttu ei ole need kommertskasutuses.

Raskete tuumade lõhustamiseks pommitatakse tuumkütust reaktoris aeglaste neutronitega, mille eesmärgiks on lõhustuvate elementide tuumade viimine ebastabiilsesse olekusse. Neutroneid aeglustatakse grafiidi, vee või raske veega (vesi, mille molekulis on üks hariliku vesiniku aatom või mõlemad asendunud raske vesiniku - deuteeriumi aatomitega, DHO või D₂O), kuna aeglustamata neutronid läbiksid tuuma sellega vastasmõjusse astumata ning tuumareaktsiooni esilekutsumata. Pommitamise tulemusena tuumkütuse ebastabiilne tuum lõhustub (püüdes saada tagasi stabiilse oleku) kaheks (või rohkemaks) enam-vähem võrdse suurusega kergemaks tuumaks. Selle protsessi käigus kiiratakse 2-3 neutronit, mis viivad järgmised tuumad ebastabiilsesse olekusse ning vabaneb energia (joonis 1).

 

Tuumade lagunemisel toimub ioniseeriva kiirguse eraldumine ning selliselt lagunevaid (lõhustuvaid) elemente nimetatakse radionukliidideks.