Az talán a fizika leghíresebb egyenlete. Ez az egyenlet teremt kapcsolatot a tömeg és az energia között. Jelentése az, hogy a tömeg és energia azonos, azaz a tömeg energiává, az energia tömeggé alakulhat. Ez a tömeg-energia ekvivalenciája.

Az egyenletet Albert Einstein a relativitáselmélet megalkotása közben vezette le, ezért szokás Einstein egyenletnek nevezni.

Ha egy test E energiát sugároz ki (például elektromágneses energia formájában), akkor tömege -tel csökken. Az atomerőművek energiatermelése is ez alapján érthető meg.

Az egynél több nukleont tartalmazó atommag tömege mindig kisebb, mint az őt alkotó nukleonok tömegének összege. Ezt a jelenséget tömeghiánynak (tömegdefektus) nevezzük.

Számítsuk ki a atommagjának tömegét az őt alkotó kettő proton és kettő neutron együttes tömegéből, majd hasonlítsuk össze a mérések eredményével! A atommagjának tömege a mérések szerint . Ha az őt alkotó nukleonok külön álló részecskék lennének, és tömegüket összeadnánk -ot kapnánk. Látható, hogy a hélium atommagját alkotó négy külön álló nukleon együttes tömege nagyobb, mint a belőlük létrejövő mag tömege. A különbség . A nukleonok kötődésekor létrejövő tömegcsökkenés nem csak a héliumra jellemző, hanem általánosan igaz minden olyan atommagra, amely egynél több nukleont tartalmaz.

A tömeghiány jelenségét a tömeg és az energia egymásba alakulási lehetőségével magyarázzuk. Az Einstein-egyenlet alapján, a hiányzó tömeg a mag keletkezésekor energiává alakul és nagy energiájú foton vagy más részecske formájában távozik.

Amennyiben a magot alkotórészeire akarjuk bontani, akkor ugyanennyi energiát kell befektetnünk. Ezzel az energia mennyiséggel tudnánk az atommagban kötött állapotban lévő protonokat és neutronokat szabad önálló részecskékké alakítani.

Az Einstein egyenlettel számított energia az atommag kötési energiája, ahol Δm a magban fellépő tömeghiány, c a fény vákuumbeli terjedési sebessége.

Alkalmazva a kötési energia definícióját: a héliumatommagjának kötési energiája

a mérési adatokkal megegyezően.

Ez az energia több, mint egymilliószorosa a kémiai kötések energiájának. Egy mol (4 gramm) hélium atommagjainak teljes kötési energiája megfelel 85 000 liter benzin égésekor felszabaduló energiának.