Jaderná elektrárna je ve své podstatě tepelná elektrárna, která má místo parního kotle jaderný reaktor, v němž probíhá štěpení některých těžkých prvků (např. uran, plutonium) za současného uvolňování velkého množství tepla.

Části jaderné elektrárny tvoří jaderný reaktor, aktivní zóna, regulační tyče, havarijní tyče, palivové články, moderátor, parogenerátor, čerpadlo, turbíny, kondenzátory, generátor, transformátor a chladící věže.

V současných jaderných elektrárnách se používá jako štěpný materiál většinou uran. V přírodním uranu na každých 140 atomů s jádrem složeným z 238 nukleonů připadá jediné štěpitelné uranové jádro s 235 nukleony. Proto se v jaderném palivu podíl uranu 235 zvyšuje - přírodní uran je obohacen o štěpitelný. Ke zpomalování neutronů a současně k odvádění tepla se užívá nejčastěji obyčejná voda, která je pod vysokým tlakem, aby se nevařila. Palivo má podobu tablet spečeného oxidu uranu, nastrkaných do plynotěsných kovových trubiček. Z těch jsou sestaveny palivové články, kolem nichž protéká chladicí voda primárního okruhu. Voda primárního okruhu odevzdává v tepelném výměníku teplo vodě sekundárního okruhu, která odchází jako pára a pohání turbínu. Celý primární okruh je uzavřen do pevné a těsné železobetonové slupky. Jakákoli „netěsnost“ palivových článků může znamenat uvolnění radioaktivních látek do primárního okruhu. Tyto „netěsnosti“ však neohrožují vnější okolí (s vnějším okolím je v kontaktu pouze sekundární okruh). Betonová slupka současně chrání reaktor před nebezpečími zvenčí, např. před pádem letadla.

Pro všechny podstatné systémy, například čerpadla primárního okruhu, jejichž selhání by ohrozilo odvod tepla z reaktoru, je v záloze připraveno několik náhradníků. Dlouhá léta historie provozování jaderných elektráren ukazuje, že pro jejich bezpečnost je nejdůležitější obsluha. Ta musí být proto mimořádně kvalitně vyškolena a systém řízení elektrárny zkonstruován tak, aby toho nemohla mnoho zkazit.

Vyhořelé palivo z jaderných reaktorů tvoří méně než 1 % objemu všech jaderných odpadů na světě, avšak obsahuje přes 90 % veškeré radioaktivity. Jeden reaktor s výkonem kolem 1000 MW produkuje ročně kolem 30 tun vyhořelého paliva. Protože palivo má vysokou hustotu, představuje to objem jen asi 1,5 m3. Vyhořelé články se z reaktoru vyjmou a pod hladinou vody kanálem převezou do bazénu vyhořelého paliva, který je v reaktorové hale vedle reaktoru. Tam jsou pod vodou uloženy asi 3 až 4 roky. Voda je neustále chladí, protože radioaktivním rozpadem se v nich stále vyvíjí teplo. Jejich radioaktivita klesne mezitím asi na 50 % původní hodnoty. Vyhořelé články se pak vloží do speciálních kontejnerů a odvezou do meziskladu vyhořelého paliva. Zde se skladují na 40 až 50 let.