核可以衰变，也可以与其他粒子相互作用后重组。核反应的关键仍是守恒，只是能量记账现在必须包含静止质量对应的能量。
1. Conservation laws in nuclear reactions
核反应中电荷、总能量、动量以及相应粒子数规律必须一致。普通核反应方程中核子数通过质量数总和检查，电荷通过原子序数及带电粒子检查；\(A\) 守恒不等于静止质量总和一定不变。
强相互作用在短距离内把核子结合，质子间的电斥力则反抗聚集。核稳定性是这些作用与量子结构共同的结果，不能仅用“质子越多越不稳定”的单一规则描述。
反应出现缺失能量或动量时，可能有未记录粒子，例如中微子。下一部分解释静止质量为何能与释放能量相联系。
2. Mass-energy equivalence
Mass–energy equivalence 质能等价给出静止能量
\[E_0=mc^2.\]
反应前后各产物静止质量之和不同，差额可以成为动能和辐射。若 \(m_i,m_f\) 是对应完整初末物质的静止质量总和，反应能量为 \(Q=(m_i-m_f)c^2\)。\(Q>0\) 表示可释放能量，\(Q<0\) 表示需输入能量。
原子质量单位 \(1\,\mathrm u=1.6605\times10^{-27}\,\mathrm{kg}\)，\(1\,\mathrm u\,c^2\approx931.5\,\mathrm{MeV}\)。使用原子质量还是裸核质量要保持一致，不能漏掉电子、正电子等质量贡献。下一部分说明释放的能量怎样分配。
3. Energy released in nuclear processes
结合核的质量小于分离核子的质量总和，差值对应 binding energy 结合能。把核拆开需要输入这部分能量；形成更强结合的产物则可能释放能量。
释放能量可以进入产物动能、光子及其他粒子，并非全部到某一颗粒子。初始静止的二体过程，两产物动量等大反向，非相对论时 \(K=p^2/(2m)\)，较轻产物获得更多动能。
核反应量级通常远高于化学电子态变化。接下来比较轻核聚合与重核分裂，找出二者释放能量的共同原因。
4. Nuclear fusion
Fusion 聚变让轻核结合成较重核。例如
\[{}^2_1\mathrm H+{}^3_1\mathrm H\rightarrow{}^4_2\mathrm{He}+{}^1_0n.\]
初末静止质量差对应释放的能量，产物的平均每核子结合更强。轻核带正电，必须足够接近才让短程强相互作用发挥作用，库仑排斥造成势垒；高温提高有效碰撞机会，量子隧穿也重要。
不是任意核聚合都会释放能量，需要比较初末系统质量或结合能。重核走相反方向分裂，也可能形成更强结合的产物。
5. Nuclear fission
Fission 裂变让重核分成较轻核，并释放粒子与能量。铀的一种可能通道为
\[{}^{235}_{92}\mathrm U+{}^1_0n\rightarrow{}^{141}_{56}\mathrm{Ba}+{}^{92}_{36}\mathrm{Kr}+3\,{}^1_0n.\]
产物并非只有这一组合；方程展示电荷与核子数的记账。释放的中子可以触发后续裂变，形成链式反应；反应能否持续取决于中子被吸收、泄漏和再触发的比例。
轻核聚变与重核裂变都可能向更大平均结合能的方向变化，释放初末静止质量差对应的能量。至此，力学、热学、电磁学、波与量子共同围绕相互作用、模型和守恒组织起来。