W zasadzie podobnie jak elektrownia węglowa, z tą różnicą, że posiada inne źródło ciepła. O ile w tradycyjnej elektrowni ciepło powstaje w wyniku spalania węgla w palenisku, o tyle w elektrowni jądrowej ciepło jest efektem reakcji rozszczepiania jąder atomów uranu we wnętrzu reaktora.

Uran, uformowany w specjalne pastylki i ułożony w rurach, tzw. prętach paliwowych, pod wpływem neutronów ulega procesowi rozszczepienia. W efekcie tworzą się fragmenty rozszczepienia, czyli dwa jądra lżejszych pierwiastków, a także neutrony i promieniowanie gamma. Produkty rozszczepienia podlegają dalszym przemianom jądrowym, emitując energię. Niektóre z nich emitują także neutrony nazywane opóźnionymi w odróżnieniu od neutronów rozszczepieniowych, powstałych natychmiastowo w reakcji rozszczepienia uranu. Neutrony, które uwalniają się w reakcji rozszczepienia, powodują rozszczepianie innych jąder uranu i reakcję łańcuchową. Ta ostatnia jest kontrolowana dzięki wykorzystaniu tzw. prętów kontrolnych wykonanych z materiałów absorbujących neutrony oraz odpowiednich domieszek tych materiałów do paliwa i chłodziwa. Ich rola polega na takim korzystaniu z neutronów opóźnionych, aby w każdej chwili w reaktorze była tylko taka liczba neutronów, która umożliwia podtrzymywanie reakcji łańcuchowej, nie pozwalając jednocześnie na lawinowe rozszczepienie uranu i eksplozję jak w bombie atomowej.