费密教授的设想
1934年，约里奥-居里夫妇用他们发现的天然放射性元素钋放射出的α粒子轰出硼、铝和镁制成的靶子，发现了一个奇怪的现象：在轰击的过程中除产生中子以外，靶本身还自动发射正β射线。反应是：
2713Al+42He3015P+10n
3015Pl3014Si+e+
由于3015Pl的半衰期只有314分钟，所以自然界是不存在的。以上核反应的实现其巨大意义在于：这是第一次利用外部的影响，引起某种原子核的放射性，即首次取得人工放射性的成功。
在人工放射性发现以后著名意大利物理学家，罗马大学教授费密和他的助手重新做了这一实验，不同的是他们用中子（10n）去轰击由各种不同元素构成的靶子，费密发现：周期表中前面的八个元素没有反应，但从氟开始，几乎所有的元素都发生了核反应，而且所生成的放射性同位素大多具有β放射性，并经β衰变后变成了原子序数更高的元素。于是他提出了一个大胆的设想：利用核反应可制得原子序数比铀大的元素——超铀元素。为了证实这一设想，费密及助手们用中子轰击铀靶，发现此时生成了半衰期分别为10秒、40秒、13分和90分的四种放射性核素，费密以为它们是93号、94号、95号、96号元素。
与费密的想法不同，德国化学家诺达克认为用中子轰击重核元素时会使后者裂成几个大碎块，这些碎块必然是已知元素的同位素。这好比用一块顽石去击一个竖放着的大砖，会使大砖裂成几个碎块，但它们仍是砖。
核裂变反应的发现
费密的想法和诺达克的见解引起科学家们的兴趣，大家特别关注中子轰击铀时的产物，纷纷对此进行研究。1938年，约里奥-居里从铀的中子照射产物中发现了一种与镧的化学性质一样的具有放射性的镧的同位素。这一发现引起了德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼的注意，因为他们在1937年就曾经用中子轰击铀靶得到了9种具有不同半衰期的放射性元素，他们当时确认其中3种是铀的同位素，另外6种是原子序数在93~96的超铀元素。当居里夫人报告她发现镧的放射性同位素以后哈恩和斯特拉斯曼用同样的方法重复做了他们1937年时所做的实验，结果发现：在所产生的新核中有原子序数为56的钡和原子序数为36的氪，同时有两三个中子放出。
哈恩把这一重要发现告诉远在斯德哥尔摩的合作者奥地利物理学家梅特涅。他在信中写道：我们从铀里得到了钡，经过多次反复，确证无疑，问题是铀的原子量几乎是钡的2倍，这说明一个原子核能分裂，这件事可能出现吗？
梅特涅在分析以后回信说：“这个实验结果是无可怀疑的，也许从能量角度来分析，一个这样重的核有可能分裂。”于是哈恩和斯特拉斯曼断定：“铀核吸收中子后，分裂成大小相近的两个原子核，一个是原子序数为56的钡，另一个是原子序数为36的氪。”他们把这种现象称为“核裂变”。
后来经过梅特涅及弗立希、约里奥居里夫妇、匈牙利核物理学家西拉德、意大利核物理学家费密、丹麦化学家玻尔以及我国著名核物理学家王淦昌等无数科学家的精心研究，才知道裂变产物非常复杂。现在已知的分裂产物有35种元素，放射性核也有200种以上。
在裂变反应中特别应该注意的是一个中子射进铀核，便会有两三个中子放射出来，而其中慢中子对于产生裂变有效得多。如果将放射出来的快速中子减速，那么这两三个慢中子又能再进行铀核的裂变。依此类推，就形成了循环串联的裂变。由于裂变过程极为短暂，又是一触即发，因此叫做“雪崩式”的裂变，即链式裂变。梅特涅根据爱因斯坦质能联系定律E＝mc2进行计算，发现每一个铀核裂变时伴随着有200多兆电子伏特的能量释出。这一能量是十分巨大的，比碳燃烧时的化学能，即一个碳原子和两个氧原子结合能要大5000万倍，这就是意义巨大的原子能。
不为法西斯效力
哈恩因为发现核裂变反应而获得1944年诺贝尔化学奖，这是当之无愧的。
哈恩之所以取得如此重要的发现，这是与他在中学时期就热爱化学、终生致力于化学事业分不开的。1879年3月哈恩诞生在德国的法兰克福，父亲是位农民，只有他这一个儿子，可他从小身体就不好。上中学后哈恩对数学、化学、物理非常热爱，学习成绩优异。中学毕业后他考入马柏格大学化学系，1901年获博士学位。1910年任柏林大学教授，1912年担任德国威廉皇家学会化学研究所所长。
哈恩发现核裂变反应之时，正值希特勒发动第二次世界大战，许多科学家对此感到不安，担心希特勒会生产出原子弹用于战争。但是哈恩坚决反对生产原子弹，拒绝参加纳粹组织的原子弹的研究工作。因此希特勒终究没有制造出原子弹。但美国利用这一发现于1945年7月16日试验成功世界上第一颗原子弹，制出的另外两颗原子弹在同年8月投在了日本的广岛和长崎。
1955年哈恩负责起草了诺贝尔奖金获得者的“海洛宣言”，对滥用原子能的危险提出警告。1957年，18位德国杰出科学家反对德国获得任何核武器，哈恩也是其中一员。1968年7月28日哈恩与世长辞，在悼词中有这样一段叙述：“哈恩是一位名副其实的最仁慈的人，而这正是他作为一位探索者和科学家，作为马克思-普朗克学会的创始人和主席，作为在蒙受耻辱的年代中坚忍不拔的战士，以及在他晚年时作为一位贤明的忠告者而吸取其创造性力量的源泉。”这是对哈恩热爱科学、反对战争最恰当的评价。
开辟科学新时代
哈恩发现裂变反应并能放出巨大的能量，为人类开辟了一个新时代——原子能时代。众所周知，煤和石油是目前主要能源，但它们燃烧时会放出大量灰尘和有害气体，造成严重的环境污染，且资源有限。核裂变的发现使核能成为世界各国非常重视的新能源。从1954年6月27日前苏联建造了世界上第一个原子能发电站以来，至今已有300多座原子能电站建成，我国也相继建成了秦山和大亚湾两座核电站，为工农业生产输送着强大的电力。
除此而外，核裂变时产生的放射性同位素可以标记原子，广泛应用于工业探伤及农业、医学等科学实验中。裂变时产生的中子和射线不仅运用于物理研究之中，而且在军事、天文、医疗等方面发挥重要作用。
核裂变的发现加深了人们对原子结构的认识，科学家们运用各种最新的手段探索原子的奥秘，以后又发现了核聚变。
由于裂变反应的深入研究，一些新的边缘学科随之诞生，如：放射化学、同位素化学、辐射化学、靶子化学、元踪原子化学等等。这些学科的发展为人类的健康及物质生活带来了无可比拟的变化，使人类跨入了原子时代。