In un reattore nucleare, la funzione primaria del moderatore è rallentare i neutroni veloci prodotti dalla fissione nucleare. I neutroni vengono rilasciati con elevata energia durante il processo di fissione, ma sono troppo veloci per causare un'ulteriore fissione nella maggior parte dei materiali fissili. Pertanto, il materiale moderatore viene utilizzato per ridurre la velocità del neutrone mediante collisioni di diffusione elastica.

Quando un neutrone veloce si scontra con un atomo moderatore, trasferisce una parte della sua energia all'atomo, provocandone il rinculo. Di conseguenza, il neutrone perde energia e rallenta. Gli atomi moderatori sono tipicamente elementi leggeri, come idrogeno, deuterio, berillio o carbonio, che hanno una massa atomica bassa e un'elevata sezione d'urto di diffusione per i neutroni. Ciò significa che sono efficaci nel rallentare i neutroni senza catturarli.

Riducendo l'energia dei neutroni, il moderatore aumenta la probabilità che essi vengano assorbiti dal materiale fissile nel nocciolo del reattore. Questi materiali fissili, come l'uranio-235 (U-235) o il plutonio-239 (Pu-239), subiscono la fissione quando assorbono neutroni, rilasciando più neutroni e generando la reazione a catena che sostiene il reattore nucleare.

In sintesi, la funzione primaria del moderatore è quella di rallentare i neutroni veloci, aumentando così la probabilità delle loro interazioni con i materiali fissili, il che porta a una fissione nucleare sostenuta e alla generazione di calore in un reattore nucleare.