核分裂性物質は、ある量以上を集めると自然に核分裂連鎖反応を起こす。この連鎖反応に必要な最小質量を臨界質量という。臨界質量は、核分裂性物質自身の核特性、形状、組織とその周囲の物体の形状、密度、組成等及び両者の幾何学的位置関係によって異なる。周囲に中性子を減速又は反射させる物体がない場合には、球形が最も少ない質量で臨界に達する。Ｕ−２３５球形金属で約２０ｋｇ、Ｐｕ−２３９球形金属で約５ｋｇである。