Nel 1919 Rutherford, usando con felice intuizione le particelle a come "proiettili", realizzò per la prima volta nella storia della scienza il sogno degli alchimisti (la cosiddetta transmutatio materiae), trasformando il nucleo di un atomo di azoto nel nucleo di un atomo di ossigeno. Non si trattava infatti di una comune reazione chimica, nella quale sarebbe stata coinvolta solo la parte esterna degli atomi (gli elettroni), ma di una vera e propria trasmutazione nucleare, cioè trasmutazione di un nucleo in un altro. Lo scienziato aveva così trasformando la materia, realizzato un vecchio sogno dell’umanità intera.

Nelle reazioni nucleari, possono essere usate come proiettili delle particelle dotate di carica elettrica (protoni, particelle a, ecc.); queste vengono accelerate tramite l’utilizzazione di campi elettrici, in modo che l’energia cinetica elevatissima da esse raggiunte possa vincere la barriera di potenziale che si crea quando esse, positive, si scontrano con il nucleo, anch’esso positivo. In queste reazioni vengono anche espulsi, a seconda dei casi, neutroni, protoni, ecc.
Altre particelle che possono venire usate come proiettili sono i neutroni, che non esistono allo stato libero, ma sono ottenuti in alcune trasformazioni nucleari come neutroni veloci, dotati di grandissima energia cinetica. Questi spesso, vengono rallentati (e diventano neutroni lenti) perché, essendo privi di carica, reagiscono tanto più facilmente quanto più a lungo restano vicino al nucleo su cui devono agire, quindi quanto più lentamente si muovono.
Una reazione caratteristica determinata da neutroni lenti è quella in cui l’atomo bombardato, di numero atomico Z e numero di massa A, si trasforma in un suo isotopo di massa (A+1), liberando l’eccesso di energia sotto forma di raggi g.

L’isotopo ottenuto risulta radioattivo se in questa trasmutazione artificiale si ottiene un nuclide instabile.
Proprio grazie alle reazioni nucleari si sono ottenuti degli elementi artificiali (non esistenti in natura) con numero atomico Z superiore a 92 (uranio), i cosiddetti transuranici, i quali sono però altamente instabili.
I 2 tipi di reazioni nucleari più importanti di cui ci occuperemo sono la fissione e la fusione, perchè sfruttando opportunamente le "leggi" delle reazioni nucleari si è arrivati a:

1. Costruire la bomba atomica (a fissione);
2. Sfruttare l’energia nucleare da fissione nelle centrali nucleari (reattori di potenza),
3. Costruire bombe H (fusione nucleare);
4. Capire che attraverso reazioni di fusione nucleare le stelle producono energia;
5. "Cercare di accendere piccoli soli" sulla Terra
6. Ricostruire le fasi primordiali attraverso le quali, dopo il "Big Bang" si è organizzata la materia cosmica.