Kernenergie is energie opgewekt door kernreacties, de reacties waarbij atoomkernen zijn betrokken. De atoomkernen met een massa overeenkomstig met die van IJzer zijn energetisch het gunstigst; bij andere kernen valt er energiewinst te halen door het samenvoegen van lichte (kernfusie) of het splijten van zware kernen (kernsplijting). De hierbij ontstaande nieuwe atoomkernen zijn wat lichter dan de som van de uigangsmaterialen. De ontbrekende massa is omgezet in energie volgens de beroemde formule van Einstein;
E = mc2
Omdat de term c2 zo groot is komt er bij kernreacties zeer veel energie vrij, ook als maar een klein gedeelte (een paar procent) van de massa wordt omgezet. In de praktijk wordt vrijwel alleen gebruik gemaakt van de splijting van kernen van uraniumisotopen; plutonium, dat ook splitsbaar is, kan uit uranium worden bereid maar de kosten en gevaren hiervan zijn zo groot dat dit niet in moderne kernreactors wordt gebruikt, hoewel veel atoomwapens wel gebruik maken van plutonium. Daarnaast wordt er al tientallen jaren onderzoek gedaan naar kernfusie, vooral omdat de hierbij gebruikte grondstoffen (waterstof, of deuterium) in nagenoeg onbeperkte hoeveelheden uit zeewater zouden kunnen worden gewonnen. Het blijkt echter niet makkelijk om omstandigheden te scheppen waaronder waterstofkernen zo dicht bij elkaar worden gebracht en gehouden dat er een waarneembare hoeveelheid fusie-energie ontstaat. Er wordt onder andere gewerkt aan tokamak-reactors en laser-implosie reactors, zie kernfusie.
Problemen zijn de grote benodigde energie-input voor er netto energie-productie op gaat treden, en de materialen waaruit de reactor moet bestaan, die extreem sterk moeten zijn en bestand tegen hoge temperaturen; bovendien worden ze na gebruik zelf radioactief wat weer een afvalprobleem schept.
Kernergie komt in alle gevallen beschikbaar in de vorm van warmte, die dan op conventionele manier (via stoom, turbines en generators) in elektriciteit kan worden omgezet.
