铀235具有放射性，会放射中子，而铀238几乎不会放射粒子，当铀235达到一定的质量时，放射中子的密度就足够发生裂变反应了，这就是临界质量。
结构如下
原子弹内装有球形铀块，其质量小于临界质量，铀块外面有中子反射层，另外还装有一个圆柱形铀块。当点燃信管，引爆了普通炸药后，圆柱形铀块被推入槽内，与球形铀块合成一整体，铀块就达到临界质量，产生链式反应，最后发生爆炸。
还有一种结构，它是把铀235分成两个半块，然后在普通炸药爆炸的推动下，高速地在短时间内合拢起来。这样，两块未满临界质量的铀235在合拢后便超过铀235的临界质量（在没有反射层的条件下，铀235的临界质量是48.8公斤，但在有反射层的条件下，由于反射层使向外跑出的中子能反射回来，临界质量就大为减少。
如在接近无限厚的石墨覆盖下，铀235的临界质量是16.9公斤，在接近无限厚的铀238的反射层作用下，其临界质量是16.28公斤）。这个临界的系统在一定的中子激发下，便能引起链式反应而形成猛烈的爆炸。
核性质
铀的热中子吸收截面为7.60b±0.07b。铀的同位素（包括同核异能素）有15种，其质量数从227至240。铀的天然同位素组成列于下表 。U为锕铀衰变系的始祖核素，238U为铀镭系的始祖核素，234U是238U的衰变系产物 。235U是惟一天然的可裂变核素。235U核素受热中子轰击，吸收一个中子后发生裂变（诱发裂变）。
一个235U核在裂变时放出的总能量为195MeV，同时放出2～3（平均2.5）个中子。只要其中一个中子引起另一个235U核发生裂变，链式核裂变就会持续进行下去。238U不是裂变核素，但238U在反应堆活性区吸收中子后生成239U，239U再经两次β衰变生成能裂变的Pu。因此，可以利用快中子增殖堆充分发挥238U的作用，提高天然铀的利用率。