增殖性材料是指本身在热中子的作用下不易发生核裂变，但是通过中子俘获和接下来的核反应产生裂变物质的材料。

增殖性材料是指本身在热中子的作用下不易发生核裂变，但是通过中子俘获和接下来的核反应产生裂变物质的材料。可以通过在核反应堆中接受辐射转换为裂变物质的天然增殖性材料有如下几种：

在核反应堆中，通过俘获一个中子就可以转化为裂变材料的人工合成同位素包括：

有一些超铀元素需要俘获超过一个中子才能转变成半衰期较长的可裂变物质，这样这些物质才有可能在衰变前通过捕获一个中子发生裂变

由于在最终转变为可裂变物质前，每个反应都需要3个到4个热中子，而一个热中子引发的裂变仅仅释放出2到3个中子，这些核素反应会减少自由中子的数量。在快速反应堆中，可能需要较少的中子就可以变成裂变材料，而在他们裂变时会产生更多的中子。

增殖反应堆是指反应堆中只需要少量甚至不需要中子减速剂，因此他们需要应用快中子。增值反应堆可以用于制造比他们消耗得更多的裂变材料。这是，需要将增殖材料放置在反应堆核心的周围，或者放置在特殊的燃料棒中。由于钚-238、钚-240和钚-242都是增殖材料，而这些材料在热反应堆中无法有效利用，将这些材料与其他不可裂变同位素聚集起来将比在热反应堆中更容易。

核裂变（德语：Kernspaltung；英语：nuclear fission），在港台称作核分裂，是指由较重的（原子序数较大的）原子，主要是指铀或钚，裂变成较轻的（原子序数较小的）原子的一种核反应或放射性衰变形式。核裂变是由莉泽·迈特纳、奥托·哈恩及奥托·罗伯特·弗里施等科学家在1938年发现。原子弹以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子弹应用钚-239为原料制成。而铀-235裂变在核电站最常见。

重核原子经中子撞击后，裂变成为两个较轻的原子，同时释放出数个中子，并且以伽马射线的方式释放光子。释放出的中子再去撞击其它的重核原子，从而形成链式反应而自发裂变。原子核裂变时除放出中子还会放出热，核电站用以发电的能量即来源于此。因此核裂变产物的结合能需大于反应物的的结合能。

核裂变会将化学元素变成另一种化学元素，因此核裂变也是核迁变的一种。所形成的二个原子质量会有些差异，以常见的可裂变物质同位素而言，形成二个原子的质量比约为3:2。大部分的核裂变会形成二个原子，偶尔会有形成三个原子的核裂变，称为三裂变变，大约每一千次会出现二至四次，其中形成的最小产物大小介于质子和氩原子核之间。

现代的核裂变多半是刻意产生，由中子撞击引发的人造核反应，偶尔会有自发性的，因放射性衰变产生的核裂变，后者不需要中子的引发，特别会出现在一些质量数非常高的同位素，其产物的组成有相当的机率性甚至混沌性，和质子发射、α衰变、集群衰变等单纯由量子穿隧产生的裂变不同，后面这些裂变每次都会产生相同的产物。原子弹以及核电站的能量来源都是核裂变。核燃料是指一物质当中子撞击引发核裂变时也会释放中子，因此可以产生链式反应，使核裂变持续进行。在核电站中，其能量产生速率控制在一个较小的速率，而在原子弹中能量以非常快速不受控制的方式释放。

由于每次核裂变释放出的中子数量大于一个，因此若对链式反应不加以控制，同时发生的核裂变数目将在极短时间内以几何级数形式增长。若聚集在一起的重核原子足够多，将会瞬间释放大量的能量。原子弹便应用了核裂变的这种特性。制成原子弹所使用的重核含量，需要在90%以上。

核能发电应用中所使用的核燃料，铀-235的含量通常很低，大约在3%到5%，因此不会产生核爆。但核电站仍需要对反应堆中的中子数量加以控制，以防止功率过高造成堆芯熔毁的事故。通常会在反应堆的慢化剂中添加硼，并使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核裂变速度。从镉以后的所有元素都能裂变。

核裂变时，大部分的裂变中子均是一裂变就立即释出，称为瞬发中子，少部分则在之后（一至数十秒）才释出，称为延迟中子。

中子俘获是一种原子核与一个或者多个中子撞击，形成重核的核反应。由于中子不带电荷，它们能够比带一个正电荷的质子更加容易地进入原子核。

在宇宙形成过程中，中子俘获在一些质量数较大元素的核合成过程中起到了重要的作用。中子俘获在恒星里以快（R-过程）、慢（S-过程）两种形式发生。质量数大于56的核素不能够通过热核反应（即核聚变）产生，但是可以通过中子俘获产生。