La potenza che può essere prodotta dall'acqua che si espande in vapore è stata controllata e utilizzata per centinaia di anni. In un reattore nucleare questa reazione è causata dal calore generato nel processo di fissione nucleare. L'uranio arricchito emette energia attraverso la fissione nucleare. In una centrale nucleare questa energia è controllata in un processo che trasforma il calore generato dalla fissione nucleare in energia elettrica.

Nel nocciolo del reattore, l'uranio è organizzato in fasci. I granuli di uranio della stessa lunghezza e diametro sono disposti in barre, e queste verghe sono raccolte in fasci. I fasci di uranio vengono posti in un contenitore e immersi in acqua che funge da refrigerante. Il calore dei fasci di uranio nel nocciolo del reattore deve essere controllato per evitare il surriscaldamento, che potrebbe causare la fusione del reattore. Le barre di controllo nel fascio di uranio vengono sollevate e abbassate per controllare la temperatura interna secondo necessità. Le aste possono anche essere abbassate fino in fondo, smettere di creare calore e spegnere il reattore in caso di emergenza o cambiare il combustibile.

Il primo passo nella produzione di energia elettrica è consentire all'acqua nel nocciolo del reattore che contiene il fascio di uranio di espandersi in vapore. Nel passaggio successivo, il vapore esce dal contenitore per azionare la turbina. La turbina fa girare un generatore, e infine il generatore produce energia.

Alcune centrali nucleari aggiungono un'altra fase al processo che produce un secondo ciclo, che converte nuovamente l'acqua in vapore prima di azionare la turbina. Ciò impedisce all'acqua radioattiva e al vapore di entrare in contatto diretto con la turbina. I reattori possono essere riempiti con diversi tipi di refrigerante, per consentire il funzionamento a temperature più elevate.