目前商业运转中的核能发电站都是利用核裂变反应而发电。核电站是利用原子核内部蕴藏的能量来产生电能的，所用的燃料是铀，用铀制成的核燃料在一种叫反应堆的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水带出热能，在蒸汽发生器内产生蒸汽。蒸汽推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电。

核电站发电的奥秘主要在反应堆上，反应堆又称核反应堆或原子反应堆，它是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。核反应堆的原理是当铀235的原子核受到外来中子攻击时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核，同时放出两到三个中子，裂变产生的中子又去轰击另外的铀235原子核引起新裂变，如此持续进行就是裂变的链式反应。

链式反应产生大量热能，用循环水带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量，使水变成水蒸汽，推动汽轮机发电。

然而实际中反应堆里的高速中子会大量分散，这就需要使中子减速增加与原子核碰撞的机会。核反应堆必须有控制设施才能控制工作状态，尤其裂变产物有放射性，不加防护会伤及人体。最终核反应堆就由核燃料慢化系热载体控制设施和防护装置组成，在安全可靠的前提下，核电站得以运转。