تم اكتشاف الانشطار النووي في ديسمبر 1938 من قبل الفيزيائيين ليز مايتنر وأوتو روبرت فريش والكيميائيين أوتو هان وفريتز شتراسمان. الانشطار هو تفاعل نووي أو عملية تحلل إشعاعي تنقسم فيها نواة الذرة إلى نواتين أصغر حجمًا وأخف وزنًا. غالبًا ما تنتج عملية الانشطار أشعة جاما وتطلق كمية كبيرة جدًا من الطاقة، حتى بالمعايير النشطة للانحلال الإشعاعي. كان العلماء يعرفون بالفعل عن تسوس ألفا واضمحلال بيتا، لكن الانشطار اكتسب أهمية كبيرة لأن اكتشاف إمكانية حدوث تفاعل نووي متسلسل أدى إلى تطوير الطاقة النووية والأسلحة النووية.
قام هان وشتراسمان في معهد كايزر فيلهلم للكيمياء في برلين بقصف اليورانيوم بالنيوترونات البطيئة، واكتشفا أن الباريوم قد تم إنتاجه. أبلغوا النتائج التي توصلوا إليها بالبريد إلى مايتنر في السويد، الذين فروا قبل بضعة أشهر من ألمانيا النازية. طورت مايتنر وابن أخيها فريش نظرية ثم أوضحت أن نواة اليورانيوم قد انفصلت، ونشروا نتائجهم في دورية الطبيعة. حسب مايتنر أن الطاقة المنبعثة من كل تفكك كانت حوالي 200 ميجا فولت، ولاحظ فريش ذلك. قياسا على انقسام الخلايا البيولوجية، كانت العملية تسمى «الانشطار». حصل هان على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1944 عن هذا الاكتشاف.
جاء هذا الاكتشاف بعد أربعين عامًا من التحقيق في طبيعة وخصائص النشاط الإشعاعي والمواد المشعة. خلق اكتشاف جيمس تشادويك للنيوترون في عام 1932 طريقة جديدة للتحول النووي. درس إنريكو فيرمي وزملاؤه في روما نتائج قصف اليورانيوم بالنيوترونات، وخلص فيرمي إلى أن تجاربه خلقت عناصر جديدة تحتوي على 93 و 94 بروتونًا، والتي أطلق عليها فريقه اسم ausonium و hesperium. حصل فيرمي على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 عن «مظاهره لوجود عناصر مشعة جديدة ناتجة عن تشعيع النيوترونات، وما يرتبط به من اكتشاف التفاعلات النووية التي تنتجها النيوترونات البطيئة». ومع ذلك، لم يقتنع الجميع بتحليل فيرمي لنتائجه. اقترحت Ida Noddack أنه بدلاً من إنشاء عنصر جديد أثقل 93، كان من الممكن تصور أن اللب قد تفكك إلى أجزاء كبيرة، واقترح Aristid von Grosse أن ما وجدته مجموعة Fermi هو نظير للبروتكتينيوم.
دفع هذا هان وميتنر، مكتشفا نظائر البروتكتينيوم الأكثر استقرارًا، إلى إجراء تحقيق لمدة أربع سنوات في العملية مع زميلهما شتراسمان. بعد الكثير من العمل الشاق والاكتشافات العديدة، قرروا أن ما كانوا يرصدونه هو الانشطار، وأن العناصر الجديدة التي وجدها فيرمي كانت نواتج انشطارية. قلب عملهم المعتقدات الراسخة في الفيزياء ومهد الطريق لاكتشاف العناصر الحقيقية 93 (النبتونيوم) و 94 (البلوتونيوم)، لاكتشاف الانشطار في العناصر الأخرى، ولتحديد دور نظير اليورانيوم 235 في نظير اليورانيوم. أعاد نيلز بور وجون ويلر صياغة نموذج القطرة السائلة لشرح آلية الانشطار.