原子弹用的燃料是铀或钚，原理很简单：把两块或几块较小的铀的同位素铀-235放进弹头里，周围用黄色炸药包围，只要先引爆炸药，强迫几块较小的铀燃料合并成一块大的，使铀达到可与中子进行链式核反应的程度，就能够引起核爆炸。为了使爆炸来得更猛烈，原子弹里都有可以释放中子的中子源。
原子弹装的核燃料为铀-235或钚-239，分别称为铀弹和钚弹。如果用铀-235，它占所装核燃料总数的90%以上，其他是同位素铀-238等。一般来说，一枚原子弹用铀235的量只有十几公斤至几十公斤。美国扔在广岛的原子弹，装铀-235为15公斤。
为何大块的铀才能爆炸呢？因为铀-235有一个特征，只有达到临界体积时，才能与中子发生反应，如果体积较小，中子泄漏的多，不易引爆。一旦核爆，其能量巨大。
比较重的原子核在分裂时，会放出热量和辐射物（如中子、伽马射线等）。
原子弹是由铀—235为核燃料，铀—235的原子核在吸收一个外来中子以后能分裂成几个其它元素（也称裂变碎片），同时又放出热量和2—3个中子，这就是核裂变能，也就是我们现在所说的核能。
但一个铀原子核产生的热量毕竟是微弱的，如果把裂变反应后产生的新中子利用来引起新的核裂变，裂变反应就可以连续不断地进行下去，同时不断产生热量，像链子一样持续不断，像滚雪球似地越滚越大，这种反应就叫做链式裂变反应。链式裂变反应可以产生巨大的能量，如果无数的中子同时开始链式裂变反应，那就会产生更大的能量。
原子弹爆炸原理就是典型的原子核链式裂变反应过程。
铀原子核的链式裂变反应可以用反应式表示为：
铀235 ＋中子1 →钡137＋氪97＋中子1＋中子1＋热量。
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