परमाणु भौतिकी के पिता के रूप में, अर्नेस्ट रदरफोर्ड को 1919 में परमाणु विखंडन के लिए श्रेय दिया जाता है। इंग्लैंड में उनके दल ने नाइट्रोजन पर रेडियोधर्मी पदार्थ से प्राकृतिक रूप से निकलने वाले अल्फा कण से बमबारी की और अल्फा कण से भी अधिक ऊर्जा युक्त एक प्रोटॉन को उत्सर्जित होते देखा. 1932 में उनके दो छात्र जॉन कौक्रोफ्ट और अर्नेस्ट वाल्टन ने, जो रदरफोर्ड के दिशा-निर्देश में काम कर रहे थे, पूरी तरह कृत्रिम तरीके से परमाणु नाभिक को विखंडित करने की कोशिश की, उन्होंने लिथियम पर प्रोटॉनों की बमबारी करने के लिए एक कण त्वरक का उपयोग किया, जिससे दो हीलियम नाभिक की उत्पत्ति हुई। 

जेम्स चैडविक द्वारा 1932 में न्यूट्रॉन की खोज के बाद, परमाणु विखंडन को सर्वप्रथम एनरिको फर्मी ने प्रयोगात्मक रूप से 1934 में रोम में हासिल किया, जब उनके दल ने यूरेनियम पर न्यूट्रॉन से बमबारी की। 1938 में, जर्मन रसायनशास्त्री ओट्टो हान और फ्रिट्ज स्ट्रासमन और साथ में ऑस्ट्रियाई भौतिकविद लिसे मेट्नर और मेट्नर के भतीजे ओट्टो रॉबर्ट फ़्रिश ने न्यूट्रॉन से बमबारी किए गए यूरेनियम उत्पादों पर प्रयोग किए। उन्होंने निर्धारित किया कि अपेक्षाकृत छोटा न्यूट्रॉन, महाकाय यूरेनियम परमाणुओं के नाभिक को लगभग दो बराबर टुकड़ों में विभाजित करता है, जो एक आश्चर्यजनक परिणाम था। लियो शिलार्ड सहित जो एक अगुआ थे, अनेकों वैज्ञानिकों ने यह पाया कि अगर विखंडन अभिक्रियाएं अतिरिक्त न्यूट्रॉन छोड़ती हैं तो एक स्व-चालित परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया फलित हो सकती है। इस बात ने कई देशों में वैज्ञानिकों को (अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस, जर्मनी और सोवियत संघ सहित) परमाणु विखंडन अनुसंधान के समर्थन के लिए अपनी सरकारों को याचिका देने के लिए प्रेरित किया।

इस खोज ने अमेरिका में, जहां फर्मी और शीलार्ड, दोनों ने प्रवास किया था, मानव निर्मित प्रथम रिएक्टर को प्रेरित किया, जो शिकागो पाइल-1 कहलाया और जिसने 2 दिसम्बर 1942 को क्रिटिकलिटी हासिल की। यह कार्य मैनहट्टन प्रोजेक्ट का हिस्सा बन गया, जिसने हैनफोर्ड साईट (पूर्व में हैनफोर्ड शहर, वाशिंगटन) पर विशाल रिएक्टर बनाए, ताकि प्रथम परमाणु हथियारों में प्रयोग के लिए प्लूटोनियम पैदा किया जा सके, जिन्हें हिरोशिमा और नागासाकी के शहरों पर इस्तेमाल किया गया। यूरेनियम संवर्धन का एक समानांतर प्रयास भी जारी रहा।

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, यह डर कि रिएक्टर अनुसंधान, परमाणु हथियारों और प्रौद्योगिकी के तीव्र प्रसार को प्रोत्साहित करेगा और इस डर के साथ संयुक्त कई वैज्ञानिकों की यह सोच कि यह विकास की एक लंबी यात्रा होगी, ऐसी परिस्थिति उत्पन्नं हुई जिसमें सरकार ने रिएक्टर अनुसंधान को कड़े सरकारी नियंत्रण और वर्गीकरण के तहत रखने का प्रयास किया। इसके अलावा, अधिकांश रिएक्टर अनुसंधान, विशुद्ध रूप से सैन्य प्रयोजनों पर केंद्रित थे। एक तत्काल हथियार और विकास की दौड़ शुरू हो गई जब अमेरिकी सेना ने जानकारी साझा करने और परमाणु सामग्री को नियंत्रित करने के अपने ही वैज्ञानिक समुदाय की सलाह का पालन करने से इनकार कर दिया। 2006 तक, एक चक्र पूरा करते हुए बातें, वैश्विक परमाणु ऊर्जा भागीदारी के साथ वहीं पहुंची हैं (नीचे देखें).

20 दिसम्बर 1951 को पहली बार एक परमाणु रिएक्टर द्वारा बिजली उत्पन्न की गई, आर्को, आइडहो के नज़दीक EBR-I प्रयोगात्मक स्टेशन में, जिसने शुरुआत में 100 kW का उत्पादन किया (आर्को रिएक्टर ही पहला था जिसने 1955 में आंशिक मेल्टडाउन का अनुभव किया). 1952 में, राष्ट्रपति हैरी ट्रूमैन के लिए पाले आयोग ("द प्रेसिडेंट्स मेटिरिअल्स पॉलिसी कमीशन") की एक रिपोर्ट ने परमाणु ऊर्जा का "अपेक्षाकृत निराशावादी" मूल्यांकन किया और "सौर ऊर्जा के सम्पूर्ण क्षेत्र में आक्रामक अनुसंधान की मांग की." राष्ट्रपति ड्वाइट आइज़नहावर द्वारा दिसम्बर 1953 को दिए गए भाषण "शांति के लिए परमाणु" ने परमाणु के उपयोगी दोहन पर बल दिया और परमाणु ऊर्जा के अंतरराष्ट्रीय प्रयोग के लिए अमेरिका को मजबूत सरकारी समर्थन के मार्ग पर आगे बढ़ाया.

प्रजनन
रिक्त यूरेनियम
उत्पत्ति
ठोस अपशिष्ट