Kõik ained, mis esinevad meid ümbritsevas maailmas koosnevad aatomitest. Iga aatom koosneb tsentraalselt paiknevast positiivse laenguga tuumast ja selle ümber tiirlevatest elektronidest. Tuumad koosnevad subatomaarsetest osakestest ehk nukleonidest: prootonitest, mis kannavad elektroni negatiivse laenguga võrdset positiivset laengut ja neutronitest, millel pole üldse laengut. Nukleone ehk prootoneid ja neutroneid hoiavad koos tugevad aatomjõud. Tuumaenergia saadaksegi aatomituumade lõhustumisprotsesside käigus vabanenud energia muundamise tulemusena.

Prootonite arv, mida nimetatakse ka aatomnumbriks määrab negatiivselt laetud elektronide arvu tuuma ümber, mis omakorda annab igale elemendile selle unikaalsed omadused.

Elektroni mass on 0,0005 aatommassiühikut, neutroni ja prootoni massid on ligikaudu 2000 korda suuremad (tabel 1). Seega enamus aatomi massist koondub tuuma ja aatomi mass sõltub nukleonide koguarvust. Viimast ehk prootonite ja neutronide koguarvu nimetatakse massiarvuks.

Elemente, millel on sama prootonite arv, kuid erinev neutronite arv nimetatakse isotoopideks (He-3 ja He-4 tabelis 1). Näiteks tuumareaktorites kasutatav kütus uraan koosneb peamiselt kahest isotoobist: uraan-238 ja uraan-235. Nukleonide arvu suurenemisega tuumas kasvavad ka tuumasisesed aatomjõud, kuid samamoodi suurenevad ka positiivselt laetud prootonite vahel esinevad tõukejõud. Mida suurem on elemendi massiarv ehk mida raskema elemendiga on tegemist, seda tugevamad on tuumasisesed tõukejõud. Vismutist (83 prootoniga) raskemad elemendid on ebastabiilsed.

Tabel 1. Atomaarsed osakesed.

* aatommassiühikud (amü), 1 amü = 1,6606∙10^-24 g