核电站是实现核裂变能转变为电能的装置。它与火电站最主要的不同是蒸汽供应系统。核电站利用核能产生蒸汽的系统称为“核蒸汽供应系统”，这个系统通过核燃料的核裂变能加热外回路的水来产生蒸汽。从原理上讲，核电站实现了核能－热能－电能的能量转换。从设备方面讲，核电站的反应堆和蒸汽发生器起到了相当于火电站的化石燃料和锅炉的作用。
核电站中的能量转换借助于三个回路来实现。反应堆冷却剂在主泵的驱动下进入反应堆，流经堆芯后从反应堆容器的出口管流出，进入蒸汽发生器，然后回到主泵，这就是反应堆冷却剂的循环流程（亦称一回路流程）。在循环流动过程中，反应堆冷却剂从堆芯带走核反应产生的热量，并且在蒸汽发生器中，在实体隔离的条件下将热量传递给二回路的水。二回路水被加热，生成蒸汽，蒸汽再去驱动汽轮机，带动与汽轮机同轴的发电机发电。作功后的乏蒸汽在冷凝器中被海水或河水、湖水冷却水（三回路水）冷凝为水，再补充到蒸汽发生器中。以海水为介质的三回路的作用是把乏蒸汽冷凝为水，同时带走电站的弃热。
反应堆是核电站的心脏，它是使原子核裂变的链式反应能够有控制地持续进行的装置，是利用核能的一种最重要的大型设备。反应堆中有控制棒，它是操纵反应堆、保证其安全的重要部件，它是由能强烈吸收中子的材料制成的，主要材料有硼和镉。
反应堆的类型很多，根据不同的标准，可以有多种分类。下面介绍三种分类。
“快堆”和“慢堆”（亦称“热堆”）。当前世界上绝大多数反应堆均为热中子反应堆（简称“热堆”或“慢堆”）。“快堆”即“快中子反应堆”，它与“慢堆”的根本区别在于，引起核裂变的“炮弹”是高能的快中子。
“压水堆”和“沸水堆”。在正常运行条件下，压水反应堆内的水由于受到很高的压力，始终处于“液态”。我国已建成的秦山核电站（一期）和大亚湾核电站以及正在建设的秦山二期、岭澳和田湾核电站均采用压水堆。沸水反应堆内的水则处于气、液两相的状态。
“轻水堆”和“重水堆”。自然界的氢有三种同位素：氕（1H）、氘（2H）、氚（3H）。普通水中的氢原子是“氕”，这种水我们称为“轻水”；若水中的氢原子是“氘”，则称为“重水”。“轻水堆”和“重水堆”的区别在于反应堆的冷却剂、慢化剂是“轻水”还是“重水”。秦山三期核电工程采用的是重水堆。
发展核电是可持续发展战略的重要组成部分。目前，除燃烧化石燃料和水力发电外，只有核电是现实可行、技术成熟、具有大规模工业应用成功经验的能源。火电、水电、核电是电能生产的三大支柱。核电从其诞生之日起，就显示了强大的生命力。1954年，前苏联建成世界第一座实验核电站，功率为5000千瓦（5MWe）；1957年世界上第一座商用核电站———美国希平港60MWe核电站并网发电。目前，世界上有436台运行的核电机组，总装机容量为351718MWe（2000年3月）。法国是核电占总发电量份额最大的国家，达到75％，美国是核电净装机容量最多的国家，有104台核电机组在运行，装机总容量超过100000MWe。人们正在加紧开发利用快中子增殖反应堆发电，把占天然铀99％以上的铀－238同位素利用起来，现有的核燃料资源的利用率就会增加60～70倍。现在的核电站都是利用核裂变能发电，如果实现了可控核聚变，人类就可以用氘来发电。1升海水可提取0．03克氘，这些氘通过核聚变能释放相当于300升汽油所提供的能量。到那时，人类能源问题将获得彻底解决。
