利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。
要用反应堆产生核能,需要解决以下4个问题：
①为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。
②链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。
③裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。
④裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。
聚变是正在研究中的一种核能发电形式，它是利用氢的同位素氘-氚或氘-氘在极高温下发生核聚变反应释放出巨大能量而发电的。通过核聚变释放巨大能量已为人类掌握，例如氢弹爆炸。但这种能量释放是在瞬间完成的，人类无法控制，自然不能用于发电。正在研究的是如何实现对热核聚变反应的人工控制。由于核聚变燃料的热值相当高，1千克氘相当于4千克铀-235，8600吨汽油或11000吨煤;加之这种核聚变燃料的储量远比其他核燃料多,所以，在人类面临能源短缺的情况,美、苏、日、德、英、法、中等国都投入相当大的力量从事聚变发电的研究（见等离子体应用）。
参考资料：http://baike.soso.com/v776562.htm