1905年，20世纪最伟大的科学天才爱因斯坦在他26岁时创立了狭义相对论，提出了不同于经典物理学的崭新的时空观和质（m）能（E）关系式E＝mc2（此处光速c＝3×108米／秒），在理论上为原子能的应用开辟了道路。

关于E＝mc2，即物体贮藏的能量等于该物体的质量乘以光速的平方，这个数量大到令人难以想象的程度。我们不妨打个比方，1克物质全部转化成的能量，相当于常规状态下燃烧36 000吨煤所释放的全部热能；或者说，1克质量相当于2 500万度的电能。

1915年，爱因斯坦又创立了广义相对论，深刻揭示了时间、空间和物质、运动之间的内在联系——空间和时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的。它已经成为现代物理学的基础理论之一。

从1923年开始，爱因斯坦用他的后半生致力于统一场论的探索，企图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论，虽然他没有取得成功，但是杨振宁和米尔斯于20世纪50年代创立了“杨-米尔斯场方程”，发展了所谓“规范场”的理论，使爱因斯坦梦寐以求的统一场论可望在规范场的基础上得以实现。

1900年，普朗克创立了量子论，提出能量并非无限可分、能量的变化是不连续的新观念。1905年，爱因斯坦提出了光量子论，揭示了光的“波粒二象性”。1913年，玻尔把量子化概念引进原子结构理论。1923年，德布罗意提出物质波理论。1925年，海森堡和薛定谔分别建立矩阵力学和波动力学。1928年，26岁的狄拉克提出电磁场中相对论性电子运动方程和最初形式的量子场论，使包括矩阵力学和波动力学在内的量子力学取得了重大的进展。

量子力学的建立，是继1905—1915年相对论建立之后对经典物理学的又一次革命性的突破，它成功地揭示了微观物质世界的基本规律，加速了原子物理学和固体物理学的发展，为核物理学和粒子物理学的诞生准备了理论基础，同时也促进了化学键理论和分子生物学等的产生。因此，量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论，迄今仍具有强大的生命力。

随着射线的发现，用实验的方式研究原子的结构变为现实。其中，循踪被发射粒子的实验方法发现当被发射粒子和原子相撞时，粒子轨道的偏离程度有时远比预期的大，会产生原子力，而核动力就是基于这种简单的原子模型发展起来的。20世纪初至今，铀浓缩技术、反应堆、商业发电技术、核武器技术成为原子能利用的四种主要方式。(www.daowen.com)

铀是自然界中一种稀有化学元素，具有放射性。天然矿石中铀的三种同位素共生，其中作为核燃料的铀235的含量非常低，只有约0.7%。为了能够最大限度地提取铀235，铀浓缩技术随之产生。

1919年，林德曼和阿斯顿已提出用离心法来分离同位素。1939年，美国海军资助弗吉尼亚大学用离心分离法来浓缩铀。当曼哈顿计划形成时，对这种方法仍寄予很大的希望，甚至在1942年橡树岭厂址被选定后，对于究竟是建造离心分离工厂还是气体扩散工厂也还有疑虑。但是鉴于建造材料和可用技术方面的原因，这一技术被搁置。

1940年，美国国家标准局开始了对热扩散工艺的研究，目的是获得浓缩铀燃料，满足推进潜艇的动力反应堆之需，并在橡树岭建造了工厂，投入实际使用，该方法应当是最早用于实际使用的铀浓缩技术，但是由于耗费时间长，效率低，“二战”之后就被抛弃。

20世纪40年代初，美国在曼哈顿计划中最早使用了电磁同位素分离技术，以分离出武器级高浓度铀，用于原子弹的制造，但是由于其能耗巨大，相当于稍晚出现的气体扩散技术的十倍，因此，这种方法随即被放弃。

除此之外，浓缩铀提炼技术还包括化学分离法、等离子体分离法等，但迄今为止，只有气体扩散法和气体离心法达到了商业成熟程度。由于离心技术的能耗远低于气体扩散技术，因此目前的发展趋势是离心技术将逐渐取代气体扩散技术在市场上的地位。目前世界上在建的商业铀浓缩厂使用的均是离心技术。在不远的未来，气体扩散技术将从商业市场上完全消失。激光浓缩技术目前仍处于研究阶段，只是一种未来技术，距离商业应用还有一定距离。