Jaderné reaktory mají většinou podobu válcové nádoby, která je vysoce odolná vůči teplotě, tlaku a radioaktivitě. Pro jejich provoz jsou zapotřebí čtyři hlavní složky: palivo, moderátor, absorbátor a chladivo.

Palivo, kterým je nejčastěji obohacený uran ve formě oxidu uraničitého, se v podobě palivových článků usazených v kazetě vkládá do aktivní zóny reaktoru, kde se uskutečňuje řetězová štěpná reakce. Při ní je vyslán proud neutronů proti jádrům uranu, jež se rozpadají na jádra lehčích prvků. Vzniklá kinetická energie se mění na teplo.

Pro dosažení co největší míry štěpení je zapotřebí rychlé neutrony zpomalit, což obstarává moderátor. Tím bývá ve většině případů voda, která obklopuje palivové články. Neutrony díky ní neustále vrací do reakce a pro jejich zachytávání slouží tzv. absorbátory v podobě regulačních tyčí. Výkon reaktoru se pak reguluje jejich povytahováním z aktivní zóny.

Během reakce se materiál ohřívá až na teplotu 1200° C. Voda tedy slouží současně jako moderátor i jako chladič a tvoří tzv. primární okruh. Teplo se předává vodě sekundárního oběhu, parogenerátoru, kde vzniká pára a roztáčí lopatky turbíny, které pohání generátor produkující elektrickou energii.

Provoz reaktoru jistí havarijní tyče

Aby se předešlo samovolnému štěpení, které by vedlo k havárii reaktoru, jsou připraveny havarijní tyče, jež obsahují mnohem vyšší koncentraci absorbátorů než tyče regulační. Elektromagnety je drží nad aktivní zónou a signál vyslaný v případě poruchy je vypne, čímž havarijní tyče spadnou do aktivní zóny a štěpení zastaví.

Výměna paliva probíhá většinou po roce až roce a půl a vymění se při ní vždy jedna třetina kazet. Kazety s použitým radioaktivním palivem se poté několik let chladí v bazénu a poté jsou přemístěny do meziskladu použitého paliva.

První jaderný reaktor byl postaven v roce 1942 v Chicagu. Dnešní reaktory jsou mnohem vyspělejší a existuje jich více druhů. Liší se zejména užívaným palivem, moderátory a absorbátory. Nejčastější je lehkovodní tlakový reaktor typu PWR a jeho ruská verze VVER. Tento typ pracuje i v Dukovanech a Temelíně.