Budowa elektrowni jądrowej należy do najbardziej rygorystycznie analizowanych inwestycji infrastrukturalnych pod względem oddziaływania na środowisko. Współczesne projekty jądrowe powstają w oparciu o wieloletnie badania przyrodnicze, rozbudowane procedury administracyjne oraz szczegółowe wymagania krajowych i międzynarodowych przepisów środowiskowych, a ochrona ekosystemów stanowi jeden z podstawowych elementów procesu projektowego już od etapu wyboru lokalizacji.
Oddziaływanie elektrowni jądrowej na środowisko przyrodnicze rozpatruje się w podziale na fazy, a w ich obrębie na etapy. W fazie budowy wyróżnia się m.in. etap prac przygotowawczych, etap budowy właściwej oraz etap rozruchu, Odrębnymi fazami są faza eksploatacji oraz faza likwidacji obiektu. Największe zmiany w środowisku występują zazwyczaj podczas realizacji prac budowlanych. Powstanie zaplecza budowy, placów montażowych, dróg dojazdowych i technicznych czy infrastruktury energetycznej wiąże się z czasowym przekształceniem terenu oraz zwiększoną obecnością ludzi i ciężkiego sprzętu. Pojawia się również hałas, lokalne zapylenie oraz wzrost natężenia ruchu transportowego.
Na etapie eksploatacji wpływ elektrowni na otaczającą przyrodę jest znacznie bardziej ograniczony. Jak wynika z analizy cyklu życia źródeł energii, którą Europejska Komisja Gospodarcza ONZ (UNECE) opublikowała w 2021 roku, elektrownie jądrowe należą do źródeł o najmniejszym śladzie terenowym w przeliczeniu na jednostkę wytworzonej energii elektrycznej. Ponadto, w przeciwieństwie do wielu źródeł energii opartych na spalaniu paliw kopalnych, nie emitują one podczas pracy dwutlenku węgla, tlenków siarki ani pyłów powstających w procesach ich spalania. Oddziaływanie środowiskowe dotyczy przede wszystkim obecności infrastruktury technicznej oraz konieczności utrzymywania odpowiednich stref bezpieczeństwa.

Kluczowym narzędziem ochrony środowiska przy realizacji inwestycji jądrowych jest procedura oceny oddziaływania na środowisko. Proces ten trwa zwykle kilka lat i obejmuje m.in. szczegółowe badania terenowe prowadzone we wszystkich porach roku. Analizie podlegają m.in. siedliska przyrodnicze, populacje zwierząt, roślin i grzybów, a także funkcjonowanie lokalnych korytarzy ekologicznych. Badania na potrzeby oceny oddziaływania przedsięwzięcia na środowisko obejmują zwykle, zarówno gatunki pospolite, jak i chronione.
W przypadku inwestycji jądrowych szczególne znaczenie mają również analizy alternatywnych wariantów lokalizacyjnych oraz przebiegu infrastruktury towarzyszącej. Pozwalają one ograniczyć ingerencję w najcenniejsze przyrodniczo obszary jeszcze przed rozpoczęciem prac budowlanych. W praktyce oznacza to omijanie najważniejszych siedlisk, dostosowywanie przebiegu dróg czy ograniczanie powierzchni przeznaczonej pod zaplecze budowy.
Współczesne elektrownie jądrowe projektowane są z uwzględnieniem ochrony obszarów cennych przyrodniczo, takich jak obszary Natura 2000, rezerwaty przyrody czy korytarze migracyjne zwierząt. Analizy środowiskowe muszą wykazać, że inwestycja nie wpłynie znacząco na cele i przedmioty ochrony obszarów Natura 2000 oraz ich integralność i spójność oraz możliwość funkcjonowania populacji gatunków objętych ochroną. W praktyce często stosowane są dodatkowe środki minimalizujące i kompensujące wpływ inwestycji na środowisko.
Działania służące ograniczaniu wpływu inwestycji na środowisko dzieli się zwykle na środki minimalizujące oraz kompensujące. Do najczęściej stosowanych środków minimalizujących należą m.in. etapowanie prac budowlanych, wykonywanie części robót poza okresem lęgowym ptaków, ograniczanie wycinki roślinności do niezbędnego minimum oraz prowadzenie prac pod nadzorem przyrodniczym. Coraz częściej wykorzystywane są także nowoczesne systemy ograniczające emisję hałasu i pyłu. W przypadku niektórych grup organizmów (np. rzadkie gatunki grzybów i roślin, mrowiska) stosuje się translokacje polegające na przenoszeniu wybranych gatunków w optymalne i bezpieczne siedliska znajdujące się poza terenem oddziaływania inwestycji, gdzie podlegają aklimatyzacji i pielęgnacji.

Uzupełnieniem powyższych rozwiązań są środki kompensujące, których celem jest wyrównanie strat przyrodniczych, których nie udało się uniknąć. Należą do nich m.in. nasadzenia kompensacyjne, budowa przejść dla zwierząt oraz rekultywacja terenów czasowo zajętych podczas budowy. Wymierne korzyści ekologiczne przynoszą także tradycyjne działania, takie jak wywieszanie budek lęgowych dla ptaków czy skrzynek dla nietoperzy.
Istotnym elementem funkcjonowania elektrowni jądrowych jest stały monitoring środowiskowy. Obejmuje on kontrolę m.in. jakości powietrza, poziomu hałasu, stanu siedlisk przyrodniczych oraz obserwację wybranych gatunków roślin i zwierząt. Monitoring prowadzony jest zarówno podczas budowy, jak i przez cały okres eksploatacji obiektu. Dzięki temu możliwe jest szybkie reagowanie w przypadku pojawienia się niepożądanych zmian środowiskowych.
Szczególne miejsce zajmuje monitoring radiologiczny środowiska. Elektrownie jądrowe wyposażone są w rozbudowane systemy pomiarowe umożliwiające ciągłą kontrolę poziomu promieniowania w otoczeniu obiektu. Dane te są regularnie analizowane przez operatora oraz instytucje dozoru jądrowego. W wielu krajach część wyników jest publikowana, co zwiększa transparentność funkcjonowania obiektów jądrowych.
Doświadczenia państw posiadających rozwiniętą energetykę jądrową pokazują, że duże obiekty energetyczne mogą funkcjonować w sąsiedztwie cennych przyrodniczo terenów, przy jednoczesnym zachowaniu wysokich standardów ochrony środowiska. We Francji, Szwecji czy Finlandii elektrownie jądrowe od dziesięcioleci działają w otoczeniu obszarów leśnych, wybrzeży morskich oraz siedlisk ważnych dla ptaków i organizmów wodnych. Rozwój technologii oraz coraz bardziej restrykcyjne wymagania środowiskowe sprawiają, że nowe projekty jądrowe uwzględniają kwestie ekologiczne w znacznie większym stopniu niż kilkadziesiąt lat temu.
W przypadku polskiego projektu jądrowego szczególne znaczenie mają uwarunkowania przyrodnicze wybrzeża Morza Bałtyckiego. Obszary nadmorskie charakteryzują się wysoką wartością przyrodniczą, obecnością zróżnicowanych siedlisk leśnych (w tym cennych borów bażynowych) oraz obszarów wydmowych, a także obecnością tras migracji ptaków. Z tego względu inwestycję poprzedziły wieloletnie i wielosezonowe badania przyrodnicze (prowadzone w latach 2017–2021), obejmujące osobno środowisko lądowe i morskie. Na lądzie inwentaryzowano m.in. siedliska przyrodnicze i zbiorowiska roślinne, rośliny naczyniowe, mszaki, grzyby i porosty, bezkręgowce, ryby, płazy, gady, ptaki oraz ssaki, w tym nietoperze. W części morskiej badano plankton, bentos, ryby wraz z ichtioplanktonem, ptaki oraz ssaki morskie. Inwestycji towarzyszy również długoterminowy monitoring wybranych elementów środowiska przyrodniczego.
Nowoczesna elektrownia jądrowa jest dziś projektowana nie tylko jako obiekt energetyczny, ale również jako inwestycja funkcjonująca w określonym środowisku naturalnym. Ochrona przyrody stanowi integralny element całego procesu inwestycyjnego – od wyboru lokalizacji, przez projektowanie i budowę, aż po wieloletnią eksploatację obiektu. Dzięki rozwojowi technologii oraz rygorystycznym wymaganiom środowiskowym możliwe jest ograniczanie wpływu inwestycji na ekosystemy przy jednoczesnym zapewnieniu stabilnych dostaw energii elektrycznej.