Teknologi nuklir adalah teknologi yang melibatkan reaksi dari inti atom (inti=nuclei). Teknologi nuklir dapat ditemukan pada bebagai aplikasi, dari yang sederhana seperti detektor asap hingga sesuatu yang besar seperti reaktor nuklir.
Sejak atom menjadi lebih dipahami, sifat radioaktifitas menjadi lebih jelas. Beberapa inti atom yang berukuran besar cenderung tidak stabil, sehingga peluruhan terjadi hingga selang waktu tertentu sebelum mencapai kestabilan. Tiga bentuk radiasi yang ditemukan oleh Becquerel dan Curie temukan juga telah dipahami; peluruhan alfa terjadi ketika inti atom melepaskan partikel alfa, yaitu dua proton dan dua neutron, setara dengan inti atom helium; peluruhan beta terjadi ketika pelepasan partikel beta, yaitu elektron berenergi tinggi; peluruhan gamma melepaskan sinar gamma, yang tidak sama dengan radiasi alfa dan beta, namun merupakan radiasi elektromagnetik pada frekuensi dan energi yang sangat tinggi. Ketiga jenis radiasi terjadi secara alami, dan radiasi sinar gamma adalah yang paling berbahaya dan sulit ditahan.
Pada radiasi nuklir alami, hasil sampingannya sangat kecil dibandingkan dengan inti di mana mereka dihasilkan. Fisi nuklir adalah proses pembelahan inti menjadi bagian-bagian yang hampir setara, dan melepaskan energi dan neutron dalam prosesnya. Jika neutron ini ditangkap oleh inti lainnya yang tidak stabilm inti tersebut akan membelah juga, memicu reaksi berantai. Jika jumlah rata-rata neutron yang diepaskan per inti atom yang melakukan fisi ke inti atom lain disimbolkan dengan k, maka nilai k yang lebih besar dari 1 menunjukkan bahwa reaksi fisi melepaskan lebih banyak neutron daripada jumlah yang diserap, sehingga dapat dikatakan bahwa reaksi ini dapat berdiri sendiri. Massa minimum dari suatu material fisi yang mampu melakukan reaksi fisi berantai yang dapat berdiri sendiri dinamakan massa kritis.
Jika inti atom bertabrakan, dapat terjadi fusi nuklir. Proses ini akan melepas atau menyerap energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih ringan dari besi, maka pada umumnya fusi nuklir melepaskan energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih berat dari besi, maka pada umumnya fusi nuklir menyerap energi. Proses fusi yang paling sering terjadi adalah pada bintang, yang mendapatkan energi dari fusi hidrogen dan menghasilkan helium. Bintang-bintang juga membentuk unsur ringan seperti lithium dan kalsium melalui stellar nucleosynthesis. Sama halnya dengan pembentukan unsur yang lebih berat (melalui proses-S) dan unsur yang lebih berat dari nikel hingga uranium, akibat supernova nucleosynthesis, proses-R.