在中子未被发现以前，人们对于原子核的内部结构不完全清楚，发现中子之后，人们 才知道原子核是由中子与质子组成的。因此，中子的发现对认识原子核内部结构是一个转折点，具有重大的理论意义，也为原子能的利用开辟了道路，可以说中子敲开了人类进入原子能时代的大门。
费米(Enrico Fermi，1901-1954)因发现用中子产生新的放射性元素和开展慢中子核反应的研究工作，获得了1938年度诺贝尔物理学奖。费米用中子轰击了周期表中的所有元素，并辨认了因此而产生的具有放射性的元素。费米和他的同事观察到：把中子源和被轰击的物体放在大量石蜡中，放射性会增加很多倍。水也会产生类似的效应。费米用“慢中子”解释这一现象。他认为，由于质子和中子的质量相等，所以当快中子与静止的质子发生碰撞时，快中子损失能量变为“慢中子”，慢中子与重原子核的反应截面比快中子大得多。慢中子的发现为后来研究重核裂变的链式反应和原子核反应堆的理论设计奠定了基础。
哈恩(Otto Hahn，1879-1968)和斯特拉斯曼(Fritz Strassmann，1902-l980)1938年进行了中子撞击铀的实验，发现了中子诱发铀裂变。
奥地利女物理学家梅特纳（Lise Meitner，1878-1968）和她的侄子弗瑞士（Otto Robert Frisch，1904-1979）认为：玻尔（Niels Henrik David Bohr 1885-1962）提出的原子核的液滴模型，很好地解释了重核的裂变。玻尔设想原子核像一滴水，当外来的中子闯进这个“液滴”时，“液滴”会发生剧烈的震荡。它开始变成椭圆形，然后变成哑铃形，最后分裂为两半。不过，这个过程的速度快得惊人。
美国生物学家阿诺德对此也很感兴趣。他说，如果原子核就像一滴液滴，被中子击中以后分裂成为两个原子核，这种情形很像显微镜下看到的细胞繁殖时的分裂现象。
梅特纳和弗瑞士很受启发，他们正在寻找一个合适的名词，来表示原子核被打破而分裂的现象，决定采用用细胞分裂的“分裂”（在英文中，原子核的“裂变”和细胞“分裂”，两个名词都叫fission。）这个名词，来表示原子分裂，把它称做“核裂变”，或“原子分裂”。
梅特纳用数学方法分析了实验结果。她推想钡和其它元素就是由铀原子核的分裂而产生的。但当她把这类元素的原子量相加起来时，发现其和并不等于铀的原子量，而是小于铀的原子量。说明在核反应过程中，发生了质量亏损。梅特纳认为，这个质量亏损的数值正相当于反应所放出的能。她根据爱因斯坦的质能关系式算出了每个铀原子核裂变时会放出的能量。
弗瑞士用实验证实这种设想，他也用中子轰击铀，当中子击中铀核时，能观察到那异常巨大的能量几乎把测量仪表的指针逼到刻度盘以外。弗瑞士与梅特纳于1939年2月在《自然》杂志上发表了他们的报告。
铀核分裂产生的这个能量，比相同质量的化学反应放出的能量大几百万倍以上。这种新形式的能量就是原子核裂变能，也称核能，或原子能。但当时，只注意到释放出惊人的能量，忽略了释放中子的问题。稍后，哈恩、约里奥·居里及哈尔班等人又有了更重要的发现：在铀核裂变释放出巨大能量的同时，还放出两、三个中子来。
这发现十分惊人，如果说原子核数量足够多，重元素的体积和重量足够大的话，那么裂变放出的次级中子，还有可能引发临近的原子核进一步产生裂变，这个过程可以会不断地持续下去，这个过程称为链式反应。这意味着：极其微小的中子，将有能力释放沉睡在大自然界中几十亿年的物质巨人。这一发现，终于打破了卢瑟福等人认为开发利用原子能量的设想不可能的结论，裂变和链式反应，构成了核能利用的基础。
