铀核释放巨大能量所引起的激动心情尚未完全平复，人们就开始探索实际利用核能的方法。现在已经十分明确，要使铀核裂变必须依靠中子。然而，当时所用中子“大炮”的火力却相当微弱。它们是一些内装氡气和铍粉的小玻璃管。氡自发地放出Ⅱ粒子，对铍进行轰击。当铍核吸收一个Ⅱ粒子时，就会放出一个中子而转化为碳核。
以这种方式产生的中子炮弹，其数量是不多的，每秒约为100万个。即使发发命中铀核，由此得到的功率也十分有限。用这种方法进行裂变，就像用一盒蹩脚的火柴点火。每根火柴要划好几次才能发火，没等到把火柴棍烧着，火焰却熄灭了。把整盒火柴都用上，也只能得到少得可怜的能量。要想获得有实用价值的能量，必须让火柴发火以后继续燃烧，用它去点燃木柴，再用木柴去烧着煤块，靠煤块自身发出的热量逐渐点燃附近所有的燃料，这样才能燃起熊熊的炉火。这就是我们生活中常见的、在燃烧过程中所发生的链式反应。根据常识我们知道，在实际使用中还必须将链式反应保持在一个稳定的水平上，否则它一旦任意蔓延开去，也可以把一切卷入火海，造成无可挽回的后果。
铀的裂变是否也能产生这样的链式反应呢？早在1934年，匈牙利物理学家西拉德就发现，快中子有时会以足够大的速度打进一个原子核，使它射出两个中子。可惜射出来的两个中子能量很低，没有能力打进新的原子核，使反应继续进行下去。
发现裂变现象以后，人们肯定了铀-235是一种极易被中子点燃的“干柴”。后来费米又指出，在重原子核中，平均每个质子拥有的中子数目，要比轻原子核中多一些。因此，如果一个重核分裂成两个轻核，就会出现多余的中子，铀核裂变很可能本身就能提供新的中子。
事实果真如此。经过仔细的测定，每个铀核裂变时，平均放出2.54个中子。也就是说，根据裂变的方式，有时放出2个，有时放出3个中子。这些裂变中子显然可作为“炮弹”引起新的裂变，并产生新的中子，从而形成持续的链式裂变反应。换句话说，原子火焰在点燃了以后，可以依靠它自身的条件继续燃烧下去，从而从铀原子的内部取得源源不断的能量。
然而由于裂变时产生的2～3个新中子运动速度很快，达到每秒20000千米，这些快中子与铀核发生相互作用，并引起裂变的机会是很小的。实验室装置中，大部分新产生的中子尚未击中铀核，就逃窜到空气中，或被其他物质吸收掉。
要保持链式反应，就要求每次裂变产生的中子扣除损耗后，至少还剩下一个中子去击中另一个铀核。后来，科学家建造了一种能使链式裂变反应受控制地持续进行的装置，称为反应堆。在反应堆中，这一代剩下的有效中子数，与上一代引起裂变的中子数之比，称作中子的增殖系数，习惯上用符号K来表示。当K大于1或等于1时，链式反应就能持续地进行下去。当K小于1时，反应就会终止。
要使K增大，理论上有好多种办法。首先是设法增加中子与铀核发生作用的机会。为此，得让中子放慢脚步。当中子的速度降到与常温下分子运动的速度相接近，即每秒2200米时，它在铀核附近逗留的时间就加长了，因而它使铀核发生裂变的本领，就会大大增强。这样的中子叫做热中子。按这种原理工作的反应堆，称作热中子反应堆。