التفاعل النووي المتسلسل هو تفاعل يحدث عندما يتسبب تفاعل نووي واحد في نشأة تفاعلات نووية لاحقة واحد أو أكثر، مما يعطي احتمالية لسلسلة من التفاعلات المتولدة ذاتيًا، وقد يكون بانشطار نظائر ثقيلة مثل 235U، وينتج عنه عدة ملايين أضعاف الطاقة المتولدة من أي تفاعل كيميائي.
تفاعل انشطار نووي متسلسل محتمل 1. تمتص ذرة يورانيوم-235نيوترون، وتنشطر إلى ذرتين جديدتين (نواتج الانشطار)، وينطلق 3 نيوترونات جديدة وكمية كبيرة من طاقة الترابط. 2. أحد هذه النيوترونات يمتصه ذرة يورانيوم-238، فلا تتأثر ولا تستكمل التفاعل. نيترون آخر يغادر النظام دون أن يُمتص. ويصطدم النيوترون الثالث بذرة يورانيوم-235، التي تنشطر وينطلق منها نيوترونين وقدر كبير من طاقة الترابط. 3. يصدم هذان النيوترونان ذرات يورانيوم-235، وتنشطر كليهما وينتج نيوترونات جديدة، ويستمر التفاعل.