核能發電可稱為最有競爭力的發電方式，核能發電原理與水力發電、火力發電具有相同共通點，都是使渦輪機轉動，並帶動發電機組切割磁場，使機械能量轉換成電能。主要差異在於推動渦輪機的動力來源有所不同。
核能發電主要運作是利用中子來撞擊鈾的原子核，以控制棒調節鈾燃料分裂的連鎖反應，當鈾原子核分裂時會放出大量的能量，這些能量可以使液態水轉換成水蒸氣，再由水蒸氣推動發電機，即可發電。核能發電所使用的的鈾235純度只約佔3%~4%，其餘皆為無法產生核分裂的鈾238。
根據世界核能協會統計，目前全球有442個核子反應爐，負責供應全球約15%電力，各國規劃再興建的核子反應爐總計155個，其中有65個正在施工，中國大陸佔多數。
目前世界上主要採用的核能反應爐種類繁多，主要採用輕水式反應爐，又分為壓水式核電廠及沸水式核電廠，這是因其「緩和劑」及「冷卻劑」都使用普通的水即輕水而分，其中又以壓水式核電廠市佔最大。
沸水式是在反應爐中直接產生蒸汽，並且直接送到汽機，將蒸汽能量轉為機械能，轉動發電機產生電力。
壓水式是把反應爐中，所產生高壓高溫的水，送到蒸汽產生器，在那裡把另外一個系統的水變為蒸汽，再送到汽機。
圖片來源：台灣電力公司
核能發電優點：
1.不會造成空氣污染。
2.不會排放二氧化碳造成溫室效應。
3.燃料費用成本較低。
4.使用燃料體積小，運輸儲存便利。
核能發電缺點
1.輻射廢料對身體的影響：核能燃料棒具有使用年限約兩年，在使用過程中，經常是放出放射元素，而兩年後淘汰廢棄，即稱為高輻射廢料，此外；核能發電廠員工一般接觸放射性物質後，所著衣物也具有輻射危機，稱為低輻射廢料。
2.熱污染：核能發電會改變大氣組成、改變地表狀況、直接向環境排熱。
3.投資成本大。
4.不宜作尖峰、離峰之隨載運轉。
~:~認識核能~:~
核動力是利用可控核反應來獲取能量，從而得到動力，熱量和電能。因為核輻射問題和現在人類還只能控制核裂變，所以核能暫時未能得到大規模的利用。利用核反應來獲取能量的原理是：當裂變材料(例如鈾-235)在受人為控制的條件下發生核裂變時，核能就會以熱的形式被釋放出來，這些熱量會被用來驅動蒸汽機。蒸汽機可以直接提供動力，也可以連接發電機來產生電能。世界各國軍隊中的大部分潛艇及航空母艦都以核能為動力，同時，核能每年提供人類獲得的所有能量中的7%，或人類獲得的所有電能中的15.7%。
美國每年產生的核能居全世界首位，美國人消耗的電能中有20%來自於核能。如果按核能占總電能的核電站百分比來看，法國則為全球第一。2006年的調查顯示，核能滿足了80%的法國電能需求。歐盟需要的30%的電能來自核反應。各國的核能政策均各有不同。
核能是一種儲量充足並被廣泛應用的能量來源，而且如果用它取代化石燃料來發電的話，溫室效應也會減輕。國際間正在進行對於改善核能安全性的研究，科學家們同時還在研究可控核聚變和核能的更多用途，比如說制氫(氫能也是一種被廣泛提倡的清潔能源)，海水淡化和大面積供熱。1979年的三哩島核洩漏事故和1986年的切爾諾貝利核事故使美國放緩了建造核能發電廠的步伐。後來，核能在經濟與環境兩方面的益處使聯邦政府又開始重新考慮它。公眾也對核能很感興趣，不斷飆升的油價，核能發電廠安全性的提高和符合京都議定書規定的低溫室氣體排放量使一些有影響的環境保護論者開始注意核能。有一些核反應爐已處於建造當中，幾種新型核反應爐也在計畫之中。
關於核能的利用一直存在著爭議，因為那些放射性核廢料會被無限期保存起來，這就有可能造成洩漏或爆炸，有些國家可能借應用核能的名義來大量製造核武器。核能的擁護者說這些風險都是很小的，並且應用了更先進的科技的新型核反應爐會將風險進一步降低。他們還指出，與其他化石燃料發電廠相比，核能發電廠的安全記錄反而更好，核能產生的放射性廢料比燃燒煤產生的還少，並且核能可以持續獲得。而核能的反對者，包括了大部分主要的環境保護組織，認為核能是一種不經濟，不合理且危險的能源(尤其是與可再生能源相比)，而且他們對新技術能否減低成本和風險也存在著爭議。有些人擔心朝鮮及伊朗可能正在以民用核能的名義研製核武器朝鮮已經承認擁有核武器，而伊朗則對此否認。
第一個成功的核裂變實驗裝置在1938年的柏林被德國科學家奧托·哈恩，莉澤·邁特納和弗瑞茲·斯特拉斯曼製成。在第二次世界大戰中，一些國家致力於研究核能的利用，它們首先研究的是核反應爐。1942年12月2日，恩裏科·費米在芝加哥大學建成了第一個完全自主的鏈式核反應爐，在他的研究基礎上建立的反應堆被用來製造轟炸了長崎的原子彈“胖子”中的鈈。在這個時候，一些國家也在研究核能，它們的研究重點是核武器，但同時也進行民用核能的研究。
1951年12月20日人類首次用核反應爐產生出了電能，這個核反應爐位於愛達荷州Arco的EBR-I試驗增殖反應堆，它最初向外輸出的功率為100 kW。1952年，帕雷委員會(“總統的材料政策委員會”的簡稱)向當時的美國總統哈利·S·杜魯門提交了一份報告，這份報告認為核能的前景“相當悲觀”，它建議應該讓科學家們研究太陽能。1953年12月，美國總統德懷特·艾森豪發表的名為“和平需要原子”的演說，這使美國政府開始資助一系列國際間的核能研究。
1954年6月27日，世界上第一個為電網提供電力的核電站在蘇聯的歐伯甯斯克開始運行。這個反應堆使用了石墨來控制核反應並用水來冷卻，功率為5兆瓦。全世界第一個投入商業運營的核反應爐是位於英格蘭謝菲爾德的Calder Hall，它於1956年開始運行。它有一個Magnox型反應堆，最初的輸出功率為 50兆瓦，後來提高到了200兆瓦。賓夕法尼亞州碼頭市的一個壓水型反應堆是美國第一個投入商業運營的反應堆。
1954年，美國原子能委員會(美國核管理委員會的前身)的主席說，人們談到核能時經常會提到，如果廣泛應用核能，電力在將來會變得很便宜，實際上這是錯誤的。但是人們的這種想法已經讓美國決定在2000年之前建造1000個核反應爐。在1955年聯合國的“第一次日內瓦會議”中，世界上聚集了最多的科學家來一起探索核能這個新領域。1957年歐洲原子能共同體(EURATOM)與歐洲經濟共同體(即現在的歐盟)一同成立。同年成立的還有國際原子能機構(IAEA)。
核反應爐的功率提升迅速，從1960年代的不到1GW（吉瓦）猛長至1970年代的100GW，1980年代又升到了300GW。1980年以後，核反應爐的功率的提升變得不那麼迅速了，到2005年，功率只上升到了366GW，大部分來自於中國的核能建設。
在1970年代和1980年代之間，建造核電站所需的巨額費用(來自政府要求的提高和一些反對者的訴訟所要求的經常性改進)和下降中的化石燃料價格使建造當中的核電站變得不那麼吸引人。在20世紀後半葉，一些反對核能的運動開始興起，它們擔心的是核事故和核輻射，還反對生產，運輸和儲藏核廢料。1979年的三哩島核洩漏事故和1986年的切爾諾貝利核事故成為了許多國家停止建造新核電站的關鍵理由。澳大利亞於1978年，瑞典於1980年，義大利於1987年都對建造核電站的問題發動了全民公投，同時愛爾蘭的核能反對者成功地阻止了在該處核能計畫的實施。但布魯金斯學會表示，美國政府沒有批准新核電站的建造主要是由於經濟原因，而非安全問題。
現今正在運營的核反應爐可依裂變的方式區分為兩大類，各類中又可依控制裂變的手段區分為數個子類別：
①核裂變反應堆~通過受控制的核裂變來獲取核能，所獲核能以熱量為形式從核燃料中釋出。現行核電站所用的全為核裂變反應堆，這也是本段的主述內容。核裂變反應堆的輸出功率為可調。核裂變反應堆也可依世代分類，比如說第一、第二和第三代核反應爐。現在的標準核反應爐都為壓水式核反應爐（PWR）。快中子式核反應爐和熱中子式核反應爐的區別會在稍後講到。總體來說，快中子式反應堆產生的核廢料較少，其核廢料的半衰期也大大短於其他型式反應堆所產生的核廢料，但這種反應堆很難建造，運營成本也高。快中子式反應堆也可以當作增殖型核反應爐，而熱中子式核反應爐一般不能為此。
A.壓水式核反應爐 (PWR)這種反應堆完全以高壓水來冷卻並使中子減速（即使在溫度極高時也是這樣）。大部分正在運行的反應堆都屬於這一類。儘管在三哩島出事的反應堆就是這一種，一般仍認為這類反應堆最為安全可靠。這是一種熱中子式核反應爐。中國大陸秦山核電站一期工程、大亞灣核電站和臺灣核三廠的反應堆為此型。
B.沸水式反應堆 (BWR)這些反應堆也以輕水作為冷卻劑和減速劑，但水壓較前一種稍低。正因如此，在這種反應堆內部，水是可以沸騰的，所以這種反應堆的熱效率較高，結構也更簡單，而且可能更安全。其缺點為，沸水會升高水壓，因此這些帶有放射性的水可能突然洩漏出來，。這種反應堆也占了現在運行的反應堆的一大部分。這是一種熱中子式核反應爐。臺灣核一廠和核二廠兩座發電廠的反應堆為此型。
C.壓重水式核反應爐 (PHWR)這是由加拿大設計出來的一種反應堆，（也叫做CANDU），這種反應堆使用高壓重水來進行冷卻和減速。這種反應堆的核燃料不是裝在單一壓力艙中，而是裝在幾百個壓力管道中。這種反應堆使用天然鈾為核燃料，是一種熱中子式核反應爐。這種反應堆可以在輸出功率開到最大時添加核燃料，因此能高效利用核燃料（因為可作精確控制）。大部分壓重水式反應堆都位於加拿大，有一些出售到阿根廷、中國、印度（未加入防止核武器擴散條約）、巴基斯坦（未加入防止核武器擴散條約）、羅馬尼亞和南韓。印度也在它的第一次核試爆後運行了一些壓重水式核反應爐（一般被稱為“CANDU的變種”）。中國大陸秦山核電站三期工程的反應堆為此型。
D.石墨輕水型核反應爐（RBMK）這是一種蘇聯的設計，它在輸出電力的同時還產生鈈。這種反應堆用水來冷卻並用石墨來減速。RBMK型與壓重水型在某些方面具有相同之處，即可以在運行中補充核燃料，並且使用的都是壓力管。但是與壓重水型不同的是，這種反應堆不穩定，並且體積太大，無法裝置在外罩安全殼的建築物裏，這點很危險。RBMK型還有一些很重大的安全缺陷，儘管其中一些在切爾諾貝利核事故後被改正了。一般認為RBMK型是最危險的核反應爐型號之一。切爾諾貝利核電站擁有四台RBMK型反應堆。
E.氣冷式反應堆 和 高級氣冷式反應堆~這種反應堆使用石墨作為減速劑，並用二氧化碳作為冷卻劑。其工作溫度較壓水式反應堆更高，因此熱效率也更高。一部分正在運行的反應堆屬於這一類，大部分位於英國。老式的核電站（也就是Magnox式）已經或即將關閉。但高級氣冷式核反應爐還會繼續運行10至20年。這是一種熱中子式核反應爐。關閉這種核電站的費用很高，因其反應爐核心很大。
F.液態金屬式快速增殖核反應爐 (LMFBR)這種反應堆使用液態金屬作為冷卻劑，而完全不用減速劑，並且在發電的同時生產出比消耗量更多的核燃料。這種反應堆在效率上很接近壓水式反應堆，而且工作壓力不需太高，因為液態金屬即使在極高溫下也不需加壓。法國的超級鳳凰核電站和美國的費米-I核電站用的都是這種反應堆。1995年，日本的“文殊”核電站發生液態鈉洩漏，預計將會在2008年重新開始運行。這三個核電站都用到了液態鈉。這是一種快速中子式反應堆而不是熱中子式反應堆。
液態金屬式反應堆分為兩種：
G.液態鉛式反應堆~這種反應堆使用液態鉛來作為冷卻劑，鉛不但是隔絕輻射的絕佳材料，還能承受很高的工作溫度。還有，鉛幾乎不吸收中子，所以在冷卻過程中損失的中子較少，冷卻劑也不會變成帶放射性。與鈉不同的是，鉛是惰性元素，所以發生事故的幾率也較小，但是，應用如此大量的鉛就不得不考慮毒性問題，而且清理起來也很麻煩。這種反應堆經常用的是鉛鉍共熔合金。在這種情況下，鉍會產生一些小的放射性問題，因為它會吸收少量中子，而且也比鉛更容易變得帶放射性。
H.液態鈉式反應堆~大部分液態金屬式反應堆都屬於這一種。鈉很容易獲得，而且還能防止腐蝕。但是，鈉遇水即劇烈爆炸，所以使用時一定要小心。雖然這樣，處理鈉爆炸並不比處理壓水式核反應爐中超高溫輕水的洩漏麻煩到哪里去。
②放射性同位素溫差發電機通過被動的衰變來獲取熱量。一些放射性同位素溫差發電機被用來驅動太空探測器（比如凱西尼-惠更斯號），蘇聯的一些燈塔，和某些心臟起搏器。這種發電機產生的熱會隨著時間逐漸減少，其熱能通過溫差電效應轉換成電能。
一般核電站的關鍵部分是：1核燃料2中子減速劑3冷卻劑4控制棒5壓力艙6反應爐中心緊急冷卻系統7反應堆保護系統8蒸汽發生器(沸水式反應堆中沒有這個)9安全殼建築10水泵11渦輪機12發電機13冷凝器
一般的熱電廠都有燃料供應來產生熱，比如說天然氣，煤或石油。對於核電廠來說，它需要的熱來自於核反應爐中的核裂變。當一個相當大的可裂變原子核（一般為鈾-235或鈈-239）被一個中子轟擊時，它便分裂為兩個或更多個部分，同時釋放出能量和中子，這個過程就叫做核裂變。原子核釋放出的中子會繼續轟擊其他原子核。當這個鏈式反應被控制的時候，它釋放出的能量便可用來燒水，產生出的水蒸氣會驅動渦輪機，從而產生電能。需要記住的是，核爆炸中發生的是“不受控制的”鏈式反應，而核反應爐中的裂變速度無法達到核爆炸所需要的速度，這是因為商業用核燃料的濃度還不夠高。
鏈式反應被一些能夠吸收或減慢中子的材料控制著。在以鈾為核燃料的反應堆當中，中子需要被減慢速度，因為當慢速中子轟擊鈾-235原子核時是更容易發生裂變的。輕水反應堆使用普通水來減慢中子並進行冷卻。當水的溫度升高到一定程度時，它便達到了工作溫度，此時它的密度會降低，因此沒被它吸收的少量中子會被減得足夠慢，然後去引發新的裂變。負反饋將裂變速度保持在一定水準。
一些產生核能的其他設計，比如說德國第IV號反應堆，是一些正在進行的研究專案的物件。它們在將來可能會投入實際應用。一些改進後的核反應爐使反應爐變得更乾淨，更安全和/或降低了散佈核武器的風險。
◆超臨界水冷式反應器 (SCWR)超臨界水冷式反應器將比氣冷式反應堆更高的效率與壓水式反應堆的安全性結合到了一起，它在技術上遇到的挑戰可能比二者都大。在這種反應器中，水會被加熱到臨界點。超臨界水冷式反應器與沸水式反應堆相似，但是超臨界水冷式反應器中的水不會沸騰，因此它的熱效率也就比沸水式反應堆高。這是一種超熱中子反應堆。
◆整合式快中子反應堆~1980年代科學家建造，測試並評估了一個整合式快中子反應堆，後在1990年代由於克林頓政府的要求而被棄置，這是因為克林頓政府的政策是防止核武器擴散。這種反應堆會將用過的核燃料回收，因此它只產生一點核廢料。本段結尾的鏈結是對於愛達荷州阿貢國家實驗室的前總管Charles Till博士的採訪，他介紹了整合式快中子反應堆並解釋了它在安全性，效率，核廢料和其他幾個方面上的的優點。
◆球床反應堆~—這種反應堆使用陶瓷球來包裝住核燃料，所以它比較安全。絕大多數的這種反應堆使用氦作為冷卻氣體，氦不會爆炸，不會很容易地吸收中子而變得有放射性，也不會溶解能變得有放射性的物質。典型的設計擁有比輕水式反應堆的安全殼層數（一般為3層）更多層的安全殼（一般為7層）。一個它獨有的特點是，它的燃料球實際上組成了反應爐的核心，而且可以一個一個地更換，因此這種反應堆更安全。核燃料的這種設計使重新處理它們變得很貴。
◆SSTAR 小型（Small）密封（Sealed）可運輸式（Transportable）自主（Autonomous）反應堆（Reactor）在美國是首要研究項目之一，它是一種相當安全的增殖反應堆。
◆次臨界反應堆的設計更安全，但是在建造技術和經濟上還有一定困難。
◆釷反應堆：在特殊的反應堆中，釷-232可以轉變為鈾-233。在這種情況下，比鈾的儲量更豐富的釷就可以用來製造鈾-233。鈾-233相對於鈾-235來說有一些優點，它產生的中子更多，並且產生更少的長半衰期超鈾元素核廢料。
高級重水反應堆 —下一代的壓重水式核反應爐，使用重水來作為減速劑。印度的巴巴原子研究中心 (BARC)正在對此進行研究。
KAMINI —一種獨特的反應堆，它使用鈾-233來作為核燃料。由巴巴原子研究中心和甘地原子研究中心建造。
印度正在建造一台更大的快速增殖釷反應器，為的是利用釷來獲取核能並控制它。
受人為控制的核聚變在理論上也可以提供核能，並且操縱過程也不像錒系元素那麼麻煩，但是在技術上還有許多難題等待解決。科學家已經建造了幾個核聚變反應堆，但是到目前為止，還沒有一個反應堆輸出的能量比輸入的能量多。儘管科學家從1950年代就開始研究可控核聚變，但是一般認為2050年以前不會有商業性的核聚變反應堆投入應用。現在領導著可控核聚變研究的是ITER。
核反應爐只是核燃料迴圈中的一部分。整個迴圈從核燃料的開採開始。一般來說，鈾礦不是露天開採的條帶礦，就是原地開採的過濾型礦。在任意一種情況下，鈾礦石都會被提取出來，並被轉為穩定且緊密的形式（例如黃鈾餅），然後被送到處理工廠。在這裏，黃鈾餅會被轉化為六氟化鈾，之後會被提純。在這時，包含了0.7%以上鈾-235的提純鈾會被加工成各種形狀大小的燃料棒。被送到核電站後，這些燃料棒會在反應堆中呆上大約3年，在這3年中，它們會消耗自身包含的鈾的3%，在這之後，它們會被送到乏燃料水池，在這裏，核裂變中產生的一些半衰期短的同位素會衰變掉。在這裏呆上大約5年後，這些核燃料的放射性會降低到安全範圍之內，之後就會被裝進幹的儲藏容器永久儲藏，或被送到再處理工廠進行再處理。
核燃料的來源~鈾是一種常見的化學元素，陸地上和海洋中的每個地方都存在著鈾。它就跟錫一樣常見，儲量比金高500倍。大部分種類的岩石和土壤都包含著鈾，儘管濃度極低。現在，比較經濟的鈾儲藏地的鈾濃度至少為0.1%。以現在的花費速度來算，地球上可被提取的鈾還可用50年。將鈾的價格提高一倍對核電站的運行成本不會有什麼影響，但可以使地球上可被提取的鈾能持續使用幾百年。在這種情況下，將鈾的價格提高一倍會將核電站的運行成本提高5%。但是，如果將天然氣的價格提高一倍，那麼天然氣的供應成本會提高60%。將煤的價格提高一倍會將煤的供應成本提高30%。
鈾的提純會產生出許多噸貧鈾 (DU)，它包含了鈾-238和大多數鈾-235。鈾-238有幾種商業上的應用，比如說飛機製造，輻射防護，製造子彈和裝甲，因為它具有比鉛更高的的密度。有人擔心那些過度接觸鈾-238的人會得輻射病，這些人包括坦克乘員和在有大量貧鈾存在的地區居住的居民。現在的輕水反應堆遠遠沒有能充分利用核燃料，這造成了浪費。更有效的反應堆或再處理技術將會減少核廢料的數量，並且能更好地利用資源。與現在使用鈾-235（占天然鈾的0.7%）的輕水反應堆不同的是，快速增殖反應堆使用的是鈾-238（占天然鈾的99.3%）。鈾-238估計可供核電站使用50億年。增殖技術已經被應用在了幾個反應堆中。至2005年12月，唯一正在向外界提供能量的增殖反應堆是位於俄羅斯別洛雅爾斯克的BN-600。（BN-600的輸出功率為600兆瓦，俄羅斯還計畫在別洛雅爾斯克核電站建造另一個反應堆，BN-800）還有，日本的“文殊”反應堆也在準備重新起用（它從1995年起就被關閉了），中國和印度也在計畫建造增殖反應堆。
由釷轉化而得的鈾-233也可以用做核裂變燃料。地球上釷的儲量為鈾的儲量的三倍，而且理論上所有這些釷都可被用來進行增殖，這使釷的潛在市場大於鈾的市場。與用鈾-238來製造鈈不同的是，用釷來製造鈾-233不需要快速增殖反應堆，它在常規增殖反應堆中的表現已經很令人滿意了。計畫中的核聚變反應堆使用的核燃料是氘，一種氫的同位素，現在的設計也會用到鋰。以現在人類消耗能量的速度來看，地球上可開採的鋰還可以用3000年，海洋中的鋰可用6000萬年，如果核聚變反應堆只消耗氘的話，它們可以工作1500億年。相比之下，太陽只剩下了50億年的壽命。
固體廢料~現在的核電站產生的廢料太多。一台大型核反應爐每年會產生3立方米（25-30噸）的核廢料。這些核廢料中主要包含沒有發生裂變的鈾和大量錒系元素中的超鈾元素（大部分是鈈和鋦）。3%的核廢料是裂變產物。核廢料中的長半衰期成分為錒系元素（鈾，鈈和鋦），短半衰期成分為裂變產物。核廢料具有強放射性，並且需要特別小心地控制。剛從核反應爐出來的核廢料可在不到一分鐘的時間內致死。但是，核廢料的放射性會隨著時間減少。40年後，它的放射性與剛從反應堆出來時相比，已經減少了99.9%，儘管它的放射性還是很危險。
核廢料的儲藏和處理是一個巨大的挑戰。由於核廢料具有放射性，它必須存放在具有輻射防護的水池中（乏燃料池），在這之後它一般會被送到乾燥的地窖或防輻射的乾燥容器中進行儲藏，直到它的輻射量降低到可以進行進一步處理的程度。由於核燃料種類的不同，這個過程通常要持續幾年到幾十年的時間。美國大多數的核廢料現在都在短期的儲藏地點，人們正在討論建造永久儲藏地點。2003年，美國的核反應爐已經製造了49000噸核廢料。美國猶加山的地下儲藏室被提議成為永久的儲藏地點。根據美國環境保護總署的計算，大約經過10000年後，核廢料的放射性就會降低到安全範圍之內。參看核燃料迴圈。
核廢料的數量可以通過幾種方法來減少，其中核燃料再處理效果最為顯著。即使這樣，剩餘的核廢料如果不包含錒系元素，還會持續300年保持強放射性，如果包含錒系元素，則會持續幾千年保持強放射性。即使將核廢料中的錒系元素全部除去，並使用快速增殖反應堆通過嬗變將一些半衰期長的非錒系元素也除去，核廢料還是要在一百至幾百年內與外界隔絕，所以這是個長期的問題。次臨界反應堆和核聚變反應堆也可以減少核廢料需要被儲藏的時間。由於科技在飛速地發展，處理核廢料的最好方法是否為地下填埋已經出現了爭議。現在的核廢料在將來可能就是一種有用的資源。
核工業上使用的受污染的工作服，工具，淨水樹脂和一些正要關閉的核電站本身也都在產生一些低放射性的廢料。在美國，美國核管理委員會已經幾次嘗試著允許低放射性廢料被當作普通廢物一樣處理，比如進行填埋，回收等等。許多低放射性廢料的輻射量非常小，它們只因為自己的使用歷史而被當作了放射性廢物。舉例來說，根據美國核管理委員會的標準，咖啡也可以被視作低放射性廢料。
在應用了核能的國家中，整個工業產生的有毒廢料中只有不到1%是放射性廢料，但是它們是極其有害的，除非經過衰變後，它們的輻射量變得更低，或者更理想的是，輻射完全消失。總體來說，核能工業產生的廢料比化石燃料工業產生的廢料要少很多。燃燒煤的工廠產生的有毒和放射性的廢料尤其多，因為煤中的有害的和放射性的物質在這裏被集中起來了。
再處理~再處理可以回收用過的核燃料中95%的鈾和鈈，並將它們轉化為新的混合氧化物燃料。這也同時減少了核廢料的長期放射性，因為經過再處理後，剩餘核廢料中主要就是半衰期短的裂變產物，並且它的體積也減少了90%。民用核燃料產生的廢料的回收已經在英國，法國和（以前）俄羅斯大規模應用，中國也即將應用這項技術，印度也可能應用，日本應用此項技術的規模也在擴展中。伊朗已經宣佈成功進行了核廢料的再處理，這就完善了它的核燃料迴圈，但是同時也招致了美國和國際原子能機構的批評。與其他國家不同的是，美國在一段時間前是禁止核廢料再處理的；儘管這個政策已經被廢除，但是現在美國大部分使用後的核燃料都仍然在被當作廢料處理。
核電站的建造通常需要大量資金，但是它的運行和維護成本卻相當低（包括了核廢料再處理或進行填埋的全部費用）。核能的反對者說，建造並運行核電站的費用加上核廢料再處理和關閉核電站的費用已經超出了在環境上獲得的利益。而核能的支持者說，核能是唯一一種將廢料處理的費用考慮到運行成本中的能源，化石燃料的價格相當低是因為化石燃料工業從不考慮廢料處理的問題。
英國皇家工程學院在2004年發表了一份關於英國核電站運營成本的報告。這份報告尤其關注的是間歇性能源與更可靠的能源之間成本的比較。報告說明，風能的價格為核能價格的兩倍。在碳價包含稅的前提下，使用煤，核能和天然氣發的電，價格為0.022-0.026英鎊/千瓦時，使用氣化煤的價格為0.032英鎊/千瓦時。當碳稅增加（最多為0.025英鎊）時，煤發電的價格就接近了向陸風發電（包含備用能源）的價格，為0.054英鎊/千瓦時，向海風發電的價格為0.072英鎊/千瓦時。核電的價格為0.023英鎊/千瓦時。這個數字包括了核燃料再處理的費用。
建造所需資金~總體上來說，建造一座核電站的費用要比建造向外輸出同樣多功率的以煤或天然氣為燃料的發電廠的費用高很多。煤的價格遠遠高於核燃料的價格，而天然氣又遠比煤貴，所以說，如果不考慮建造費用的話，燒天然氣來發電是最貴的。但是，在建造核電站上投入資金的多少直接決定了核電站輸出電能的多少。建造核電站需要的資金占了總運營成本的70%（假設折現率為10%）。
現在許多國家中的電力市場自由化使核能變得不如從前有吸引力了。在此之前，一個壟斷性質的供電商可以保證供電直到幾十年以後的將來。私人供電公司面臨的是短期的合同和潛在的競爭，所以它們喜歡低建造成本的發電廠，這樣就可以在短期內收回成本。在許多國家中，建造核電站所需的執照，監管和認證經常會拖延核電站的竣工時間並增加建造成本。三哩島核洩漏事故後，美國政府頒佈了一系列關於核電站的新標準。以煤和天然氣作燃料的發電廠不受這些標準限制，因為它們在建造時沒有利潤。但是，選址，獲得執照和建造這三步適用於所有將要建造的發電廠，這些步驟使得更新而更安全的設計對能源公司來說更有吸引力。
在日本和法國，建造核電站所需的獲得執照和認證的程式很簡潔，這也就使建造費用和時間大大地縮短了。在法國，政府使用一種與認證新型飛機相似的程式來認證一種核反應爐。這就是說，法國政府不去認證單個的反應堆，而是直接認可一大類反應堆，這就減少了新核電站的認證時間。美國法律也允許這種一次認證一類的做法，並且這種做法很快就要被應用。
為了鼓勵核能的發展，美國能源部 (DOE)開展了核能2010年計畫，在這個計畫中，能源部會鼓勵一些感興趣的團體去採用法國式的認證程式，並且還會給予因認證拖延了時間而增加了建造成本的六家新核電站25%至50%的建造成本作為補貼。
補貼~核能的批評者說，在核能的支持者計算核能的費用時，他們經常忽略了政府給予核能工業的大量補助，這些補助被用於幫助核能工業的研究。但是，其他能源工業也收到了補助。化石燃料工業交的稅更少，並且不用為它們排放的溫室氣體支付賠償金。在許多國家中，可再生能源也在生產的過程中收到了補貼，並且在稅務方面還受到了特殊照顧。核能的研究與發展(R&D)收到的補助要遠遠大於可再生能源和化石燃料R&D收到的補助多。但是，現在大部分這種現象都發生在日本和法國，在其他國家，可再生能源收到的補助最多。在美國，每年用於核裂變研究的資金已從1980年的21.79億美元減少到了2000年的3500萬美元。但是，為了重組整個核能工業，接下來建造的六個美國核反應爐將會收到與可再生能源同樣多的補助，並且它們還會收到由於等待認證而損失的錢的一部分作為補償。
根據美國能源部的說法，美國境內的核事故保險收到了普萊斯-安德森核工業補償法的補助。2005年7月，美國國會又將這台法律進行了擴展。在英國，1965年頒佈的核設施建造法規定，核反應爐的事故由此反應堆的執照擁有者負責任。關於核損害民事責任的維也納公約確定了國際間關於核事故責任的處理方法。
核電站在無其他能源可用的地區最有競爭力，最為顯著的例子就是法國，它幾乎沒有化石燃料儲量。加拿大安大略省已經將它的水利資源運用到了極限，並且也幾乎沒有化石燃料儲藏，所以在那裏也有一些核電站。印度也在建造新的核電站。相反地，英國貿易與工業部不允許在英國建造新的核電站，因為與化石燃料相比，核能的單位成本太高。但是，英國政府的首席科學顧問大衛·金說英國有必要再建造一個核電站。中國計畫建的核電站是最多的，因為它的經濟在飛速發展，並且國內也有許多能源計畫。
大多數新型的的天然氣發電廠都被用作用電高峰時期的備用發電廠。比天然氣發電廠規模大的核電廠和煤電廠無法快速改變輸出功率，這些電廠的角色只是在平常時期供電。因為平常時期的用電漲幅不像高峰時期那麼大。一些新型反應堆，尤其是球床反應堆，是專為高峰時期用電而設計的。
在世界上任何一個地方建造核電站，無論這個核電站是舊式還是新式，都會遇到被當地居民反對的問題。經過三哩島和切爾諾貝利這兩個事故後，只有很少數的城市會歡迎一個新的核反應爐，核處理工廠，核燃料運輸路線或試驗性核設施。許多城市都頒佈了法規，禁止建造任何核設施。但是，美國境內一些已有核設施的地方卻在爭搶著要更多核設施。核能的反對者總是以切爾諾貝利的事故為藉口反對美國政府建造新的核反應爐。而事實是，美國60年前的核反應爐都比切爾諾貝利的反應堆安全。當被問到是否能在自己家後院建造一個切爾諾貝利式的反應堆時，大多數的人都會像預料中一樣反應。如果在清潔而可靠的球床式反應堆和冒著黑煙破壞環境的以煤或天然氣作燃料的熱電廠之間做出選擇的話，大多數的人都會做出聰明的決定。
當使用了核燃料迴圈分析時，現在的核反應爐輸出的能量會為輸入能量的40-60倍。這比煤，天然氣和除水力之外的可再生能源都要好。生物燃料可以代替一大部分化石燃料。效率，隔絕，太陽熱能和太陽電能方面的技術可以在天然氣產量達到頂峰後滿足大部分的天然氣需求。大部分運輸專家都正確地將生物燃料比作“天上的餡餅”，意為可望而不可及，因為即使按現在的需要量來算，世界上大部分的田地都會被用來“種”燃料。
核能的支持者說可再生能源還沒有能解決間歇性用電，高運行成本和大面積輸電這幾個問題。舉例來說，一項英國的研究顯示當風能提供了人類所需能源的20%，並且在無風時由水或電/燃料驅動風車的成本也很低時，也僅能減輕煤電廠或核電廠6.7%的負擔（從59GW到55GW），因為它們要在電力短缺時作備用電廠。核能的支持者說現在的技術還無法保證能讓間歇性能源被大量應用。一些可再生能源，比如說太陽能，在用電高峰時正好很充足，這就減少了負擔。未來電能的用途（比如加壓水，海水淡化和制氫）也會減少核能和可再生能源在用電高峰時的負擔。
事故或襲擊~核能的反對者說，核反應爐的一個主要缺點就是它面臨著核事故和恐怖分子襲擊的威脅，這樣的話大量平民都會受到輻射線的照射。核能的支持者說，在一個設計得很好的反應堆中，核洩漏的風險是非常小的，因為它的安全系統經過了精心的設計，並且核工業將核事故看得很嚴重，對它的關心程度遠比煤電廠和水電廠高。在大面積的範圍內造成了災難的切爾諾貝利核電站，實際上是結合了很危險的RBMK反應堆，安全殼建築物的缺乏，不精心的保養和安全規章的缺失的這樣一種產物。與西方使用的幾乎所有核反應爐不同的是，RBMK型反應堆的空隙率很高，這意味著一個零部件的失靈就會使反應堆產生越來越多的熱和射線，直到反應堆破裂為止。即使是在三哩島核洩漏事故這個蘇聯之外最嚴重的民用核設施的事故中，壓力容器和安全殼建築物也沒有破裂，只是核反應爐的核心熔毀，向自然界釋放出了非常少量的射線（比生物圈放出的射線都要少）。
科學家們正在嘗試著改變核反應爐的設計，他們希望能通過這樣來減少核裂變反應堆出事故的風險；自動化和被動安全式的反應堆也正在研究中。未來可能出現的核聚變反應堆在理論上出事的風險是非常小的，因為反應堆中的核燃料只夠反應約一分鐘時間，但是核裂變反應堆中儲藏的是夠用一年的核燃料。次臨界反應堆中從來不儲藏任何核燃料。
核能的反對者說他們擔心核廢料得不到足夠的防護，在恐怖分子襲擊時，這些核廢料可能會洩漏出來。他們引用了1999年發生在俄羅斯的一件事：幾名工人在販賣5克放射性物質時被抓獲，他們還引用了1993年同樣發生在俄羅斯的一件事：警方抓獲了正在販賣4.5克濃縮鈾的工人。從那以後，聯合國就開始努力讓世界各大國改善核設施的安全防護，從而阻止放射性物質落入恐怖分子之手。有時為了保護運輸核材料的貨船會出動幾千名員警。其他能源的有關設施，比如說水電廠和天然氣運輸船，更容易受到事故和襲擊的威脅。
但是，核能的支持者說核廢料已經得到了很好的防護，並且他們還說在全世界範圍內沒有一起民用核設施的事故與核廢料有關。他們還指出，美國核管理委員會和其他一些機構對核反應爐和核廢料儲藏設施強度的大量測試表明，它們可以承受與911襲擊事件規模大致相等的恐怖襲擊。用完的核燃料通常位於核電站的“保護區”或用後核燃料的海運容器；偷取它來製作炸彈是極難的。用後的核燃料釋放出的射線足以快速地將任何接近它的恐怖分子殺死。
根據美國核管理委員會的研究，美國境內已經有20個州要求居住在核反應爐周圍10英里內的居民在家中儲藏碘化鉀，這在嚴重的核事故發生時（雖然可能性非常小）是非常有用的。
對人類健康的影響~人類接觸到的大多數輻射都屬於自然界的背景輻射。背景輻射之外的那一部分，絕大多數都與醫療有關。一些覆蓋了美國，加拿大和歐洲的大規模研究沒有發現任何表明居住在核反應爐周圍的居民癌症死亡率升高了的證據。舉例來說，1990年，美國國立衛生研究院中的美國國家癌症研究所 (NCI)宣稱，在對16種癌症的死亡率進行了一項大規模研究後，他們認為居住在美國62座核電站周圍的居民癌症死亡率並不比其他地方高。這項研究同時發現，在新建了一座核電站後，當地兒童的白血病死亡率也沒有增長。這項研究是美國國家癌症研究所進行的規模最大的對癌症的研究，它一共在核電站周圍的居民中調查了900000個因癌症而死的人。
除了切爾諾貝利核事故的直接影響外，在烏克蘭和白俄羅斯的一些地方，土壤也含有放射性。由於這個原因，一個疏散區在切爾諾貝利核電站周圍被劃定了。在2006年3月，安全檢查發現，美國境內的一些核電站一直有受了氚污染的水洩漏到土壤裏。（被核電站排放出來的水會通過廢水管道流進河裏，這時的廢水已經達到了排放標準。但是，通過向土壤中排放，只有很少量的氚進入了飲用水供應系統。）伊利諾州的司法部長說，她要以六處這樣的洩漏為名控告Exelon公司，她要公司向周邊居民提供乾淨的自來水，儘管公司外的每個水井中的水都沒有超標。在進行了調查後，美國核管理委員會聲稱“這次檢查確認了公眾的健康和安全沒有受到有害影響，並且公眾接觸的照射劑量與美國核管理委員會的標準相比是非常低的。”但是，美國核管理委員會主席說：“他們需要修復它。”
核武器擴散~核能的反對者指出，核技術經常是軍民兩用性質的，民用核計畫中用到的材料和技術都可以用於發展核武器。能夠防止核擴散是核反應爐的主要設計指標之一。在大多數國家中，軍用和民用的核技術經常與該國的核能力一起被提及。比如說，在美國，能源部的首要目標是“增強美國的公民，經濟和能源的安全性；為了達到此目標，還要鼓勵科學上和技術上的創新；並且消除公民對於核武器的恐懼。”
大部分核反應爐中的濃縮鈾的濃度對於製造核彈來說太低。大多數核反應爐使用的是濃度為4%的濃縮鈾；原子彈小男孩用的是80%的濃縮鈾；雖然低濃度的濃縮鈾也可以用來製造原子彈，但是濃度的下降會使炸彈的最小尺寸變得出奇的大，這是很不切實際的。但是，用來為發電製造濃縮鈾的工廠和技術也可以製造核彈所需的高純度濃縮鈾。
另外，核反應爐在工作時製造出的鈈，如果在再處理時進行濃縮的話，也是可以用來製造核彈的。雖然在一般核反應爐的核燃料迴圈中製造出來的鈈中，鈈-240的低濃度使它沒有成為製造武器的理想材料，但是還是可以由它製造出有用的武器。如果一個核反應爐所在的核燃料迴圈非常短，那麼具有武器級濃度的鈈就可以被製造出來。但是，在許多反應堆中進行這種活動是很難掩人耳目的，因為用民用核反應爐來製造核武器需要經常關閉核反應爐來添加核燃料，而這在衛星圖片上是清晰可見的。
大部分人都相信印度和巴基斯坦在它們的核能計畫中使用了CANDU核反應爐來為核武器製造可裂變材料，但是，這不是完全正確的。加拿大（提供了40 MW的試驗型核反應爐）和美國（提供了21噸重水）都向印度提供了開展核武器計畫所需要的技術。由於國際間並沒有規定一國該怎樣使用從他國得到的核技術，因此印度可以用這些技術來製造核武器。巴基斯坦被相信在一個自主的濃縮計畫中為它的核武器製造出了裂變材料。
為了預防核武器的擴散，國際原子能機構在1968年通過並實施了防止核武器擴散條約 (NPT)，條約規定簽約國對於核技術必須採取保護措施。簽約國被要求向國際原子能機構報告它們擁有的核材料的種類和位置。簽約國還同意，為了能進入國際核市場，它們允許國際原子能機構派出調查員和監督員來確認它們關於核材料的報告，並且對它們的核材料進行檢查。
有些國家以前沒有簽署這項條約，並且有能力使用國際間援助的核技術（經常為民用）來發展核武器（印度，巴基斯坦，以色列和南非）。南非後來也成為了防止核武器擴散條約的簽約國，現在它是世界上唯一已知發展了核武器並被證實將其銷毀了的國家。在那些簽署了這項條約並通過海運收到了一些零星的核材料的國家中，許多國家已經宣稱或已被指責嘗試著使用應為民用的核電站來發展武器，比如說伊朗和朝鮮。有些種類的核反應爐比其他種類更容易被用來製造核武器，而且國際上的一些關於核武器擴散的爭論已經聚焦到了具有發展核武器的野心的國家中某些具體的反應堆型號上。
一些新的技術，比如說SSTAR，可能通過密封的核反應爐，有限的獨立式核燃料供應和對於人為干涉的管制來降低核武器擴散的風險。在擴展核能的用途時，一個可能的障礙是鈾礦石的儲量限度，這在建造和運行增殖核反應爐時是必需的。但是，以現在的消耗速度來算，地球上還有足夠的鈾—“總的說來，能供我們開採的鈾儲量還能用幾百（最高1000）年，即使使用標準的反應堆。” 在卡特總統的領導班子對核燃料再處理下了禁令之後，美國境內的增殖反應堆全部被關閉了，對核燃料再處理下禁令是因為在再處理的過程中，武器級核材料擴散的風險是無法為人所接受的。
一些核能的支持者對於核武器擴散的風險可能是國際間預防“不民主”的發展中國家獲得任何核技術的原因之一表示同意，但是他們說“民主”的發達國家沒有任何理由關閉位於它們境內的核電站，尤其因為“民主國家”之間“不會挑起戰爭”。核能的支持者還說，核能與其他一些能源相似，能持續以同樣的價格持續地供電，還不會讓國與國之間爭搶能源，而國際間對於能源的爭搶可能會導致戰爭。2006年2月，美國宣佈了它的一項新措施，即全球核能源合作計畫。在這項計畫中，國際間會合作使用一種能夠防止核擴散的核燃料再處理方法，同時也使發展中國家能夠發展核能計畫。
空氣污染~無放射性的水蒸氣是核電站在運行時釋放出來的主要排泄物。核裂變會產生一些氣體，比如說碘-131和氙-133。這些氣體主要會被封在燃料棒中，但是在假定的事故中，會有少量氣體被釋放到冷卻劑中。化學物品控制系統會將放射性氣體隔離，這些氣體需要被存放很長時間（半衰期的幾倍），直到它們變的安全。碘-131和氙-133的半衰期分別為8.0天和5.2天，因此它們需要被儲藏好幾個月的時間。核能發電不直接產生二氧化硫，氮氧化物，汞或其他與化石燃料的燃燒有關的污染物。（僅在美國，每年就有許多人因為燃燒化石燃料產生的污染物而死去）。它也不直接產生二氧化碳，這使一些環境保護者通過支持對核能的依靠來減少溫室氣體的排泄（溫室氣體造成了全球變暖）。
為了生產核燃料，礦石需要被採集並被處理。這個過程不是直接使用柴油或汽油機，就是使用電網提供的電，而這些電可能是通過燃燒化石燃料產生的。核燃料迴圈分析評價這個過程消耗的能量（以今天的混合能源來算）並進行計算，它要計算的是在核電站的整個壽命中，減少的二氧化碳排放量（與核電站供電多少有關）與排放出的二氧化碳數量（與核電站的建造和核燃料的獲得有關）之比。一些迴圈分析表明，核電站每發一千瓦時的電與風能每發一千瓦時的電，排放量相似。2001-2005年的一個迴圈分析發現，根據核燃料中鈾濃度的不同，核電站每發一千瓦時的電排放的二氧化碳的量為天然氣發電廠每發一千瓦時的電排放的二氧化碳的量的20%到120%。2003年，世界核材料協會對這個迴圈分析進行了批評，並且在2006年進行了一個自己的迴圈分析，推翻了它的結論。
2006年，英國政府的可持續發展委員會總結說，如果英國的核電能力再增加一倍，那麼到了2035年，英國全國的二氧化碳排放量將會減少8%。英國的目標是在2050年時將溫室氣體的排放量減少60%。與2006年一樣的是，英國政府在今年晚些時候公佈自己的研究結果。
廢熱~核反應爐需要冷卻，典型的是用水來冷卻（有時不是直接的）。使用水來將能量從一個熱源帶走，需要一個冷源，這個過程叫做蘭金迴圈（Rankine cycle）。能通過蘭金迴圈來轉化為能量的熱是有限度的。多餘的熱量需要當作廢熱來排放掉，這時就需要冷卻水了。河流是最常用的冷卻水來源，也是廢熱的排放地點。廢水的溫度必須受到限制，否則會將河中的魚殺死；生物圈中比一般水溫度高的熱水是一個潛在的長期隱患。在大多數新的核電站中，這個問題被冷卻塔解決了。廢水對於所有的傳統供電廠，包括煤，石油和天然氣供電廠都是一個問題，因為它們都靠著蘭金迴圈來產生能量。這四種供電廠只是在熱源上有所不同。
對於限制廢氣溫度的需求也會限制住發電能力。在極熱的天氣中，用電量是最高的，但是這時核電站的發電量卻可能會下降，因為核電站中冷卻水的溫度會變得更高，這樣它的冷卻效率就會降低。在改進核電站的設計時，工程師們會考慮到這點，因為冷卻能力的增加會讓建造資金也增加。
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