L'état d'un réacteur nucléaire dépend de la criticité de la masse d'uranium, et il y a un certain nombre de facteurs possibles. La masse critique signifie que lorsqu'un atome d'U-235 dans la masse d'uranium se divise, l'un des neutrons libres (en moyenne) frappe le noyau d'un autre atome d'U-235 dans la masse, provoquant la division de ce noyau, etc, en continu. Si, cependant, la fission ne se produit pas à cette fréquence, puis à un moment donné, le processus de fission induite s'arrêtera, et il en sera de même de la puissance qu'il génère. C'est ce qu'on appelle la masse sous-critique. La troisième possibilité est lorsque plus d'un des neutrons libres frappe d'autres atomes d'U-235, rendant la masse supercritique, et en conséquence le réacteur peut chauffer.

Pour qu'une bombe nucléaire explose, la masse d'uranium doit être extrêmement supercritique, de sorte que tous les atomes d'U-235 se séparent en même temps, et non en séquence. Cela se produit en une microseconde. Cependant, dans un réacteur nucléaire, la criticité doit être maîtrisée, sinon, si tous les atomes se séparent en même temps, le désastre peut frapper. Pour maintenir le réacteur au niveau critique, dans laquelle la masse existe à une température stable, la température à cœur doit être abaissée et augmentée, ce qui signifie qu'il doit être maintenu à un niveau légèrement supercritique. Cela se fait avec des barres de contrôle, qui empêchent la surchauffe en absorbant les neutrons libres.

La quantité d'atomes d'U-235 dans la masse d'uranium et la forme de la masse sont des facteurs importants pour contrôler la criticité de l'uranium. Si la masse est en feuille mince, alors les neutrons libres de la division des atomes s'envoleront, et ils n'atteindront pas d'autres atomes. Pour atteindre un état de réaction critique, la forme optimale de la masse est sphérique, avec 2 lb (0,9 kg) d'U-235 dedans. C'est la quantité connue sous le nom de masse critique d'uranium.