เครื่องปฏิกรณ์เป็นแหล่งผลิตความร้อนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ประกอบไปด้วย ถังขนาดใหญ่ ภายในมีแท่ง เชื้อเพลิงยูเรเนียมแช่อยู่ในน้ำ การควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ของเครื่องปฏิกรณ์อาศัยแท่งควบคุม ซึ่งเป็นสารที่มีคุณสมบัติดูดอนุภาคนิวตรอน ทำหน้าที่เคลื่อนขึ้นลงภายในถัง เพื่อดูดจับอนุภาคนิวตรอนส่วนเกิน
ยูเรเนียมที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะมียูเรเนียมชนิดที่เกิดปฏิกิริยา นิวเคลียร์ได้ (ยูเรเนียม-235) ในปริมาณที่เจือจางเพียง 0.7 - 3 % ซึ่งแตกต่างจากระเบิดปรมาณูที่ใช้ยูเรเนียม ชนิดความเข้มข้นสูง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงไม่สามารถเกิดระเบิดได้ เหมือนกับระเบิดปรมาณู อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายใน เครื่องปฏิกรณ์ จะทำให้เกิด สารกัมมันภาพ รังสีสะสมอยู่ภายในแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งหากมีอุบัติเหตุที่รุนแรง อาจทำให้สารกัมมันตภาพรังสีเหล่านี้รั่วออกสู่สิ่งแวดล้อมได้
การถ่ายเทความร้อนออกจากเครื่องปฏิกรณ์
จะทำงานในลักษณะวงจรปิด โดยน้ำที่ควบคุมให้มีความดันสูงเพื่อป้องกันการเดือดเป็นไอน้ำ
รับความร้อน จากแท่งเชื้อเพลิงจะถูกส่งไปยังเครื่องผลิตไอน้ำ
ซึ่งจะมีน้ำเย็นจากอีกระบบหนึ่งซึ่งควบคุมความดันต่ำ ไหลเข้ามารับความร้อน
และเกิดการเดือดกลายเป็นไอน้ำ ไอน้ำที่ได้ออกมานี้ จะไปหมุนกังหันผลิตไฟฟ้า และทำให้กลั่นตัวกลับเป็นน้ำเพื่อส่งไปผลิตไอน้ำอีกครั้ง
ส่วนน้ำจากเครื่องปฏิกรณ์เมื่อถ่ายเทความร้อน ในเครื่องผลิตไอน้ำแล้ว
จะส่งกลับเข้าไปรับความร้อนจากแท่งเชื้อเพลิงอีกเช่นกัน การผลิตไอน้ำ
จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สามารถปล่อยให้น้ำเดือดกลายเป็นไอ ได้โดยตรงภายในเครื่องปฏิกรณ์
และส่งไปยังกังหันผลิตไฟฟ้า โดยไม่จำเป็นต้องมีระบบถ่ายเทความร้อนถึงสองระบบ
แต่โรงไฟฟ้าชนิดนี้จะต้องมีการออกแบบป้องกันอันตรายจากการปนเปื้อน ของสารกัมมันภาพรังสีในส่วนระบบกังหันไอน้ำเพิ่มเติม
การกลั่นตัวของไอน้ำหลังจากผ่านกังหันผลิตไฟฟ้าเพื่อนำกลับไปใช้ใหม่นั้น
ด้องอาศัยการทำงานของเครื่องควบแน่น ซึ่งจะนำน้ำจากภายนอกโรงไฟฟ้ามาหล่อเย็น
และระบายความร้อนออกไป ระบบระบายความร้อนดังกล่าว ได้แก่ การนำน้ำจากทะเล หรือแม่น้ำเข้ามาระบายความร้อน
จากเครื่องควบแน่น แล้วปล่อยน้ำทิ้งไป ในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้ปริมาณน้ำจำนวนมาก
เพื่อให้อุณหภูมิของน้ำที่ปล่อยกลับคืนสูงขึ้นเพียงเล็กน้อย ตามเกณฑ์ที่กำหนด (5-15 องศาเซลเซียส) เป็นการป้องกันผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม หรือ นอกจากนี้สามารถระบายความร้อนได้โดยใช้หอระบายความร้อน
ซึ่งเป็นอาคารคอนกรีตลักษณะเป็นปล่องขนาดใหญ่ สูงประมาณ 165
เมตร เส้นผ่าศูนย์กลางของฐานประมาณ 155 เมตร การระบายความร้อนจะทำงานในระบบวงจรปิด
โดยจะพ่นน้ำร้อนที่ผ่านเครื่องควบแน่นให้เป็นฝอย เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับอากาศ แล้วตกกลับมารวมอยู่ในที่ฐานของหอระบายความร้อน
หลังจากนั้นจึงส่งไปยังเครื่องควบแน่นอีกครั้งหนึ่ง แต่การระบายความร้อนในระบบนี้
ยังจำเป็นต้องมีแหล่งน้ำเพื่อใช้เติมน้ำที่หายไป เนื่องจากการระเหย หรือลอยไปกับอากาศ
และจะมีประสิทธิภาพดีในภูมิประเทศที่มีอากาศหนาว
