Tuumaenergia saadakse uraanist, radioaktiivsest elemendist. Kui U-235 aatomi tuum, uraani isotoop, jaguneb neutroniga, eraldab see soojust ja muid neutroneid. Need vabanenud neutronid võivad põhjustada teiste läheduses asuvate U-235 aatomite lõhenemist, mille tulemuseks on ahelreaktsioon, mida nimetatakse tuuma lõhustumiseks, mis on tugev soojusallikas. Seda soojust saab kasutada tekitada auru, mis annab turbiinidele jõudu elektrienergia tarnimiseks tööstuslikus ulatuses.
Ligikaudu 12% maailma energiast saadakse tuumalõhustumisel tuumareaktorites. Kokku töötab nüüd 31 riigis 430 tuumareaktorit, maailmas on praegu ehitamisel veel 70. Prantsusmaa on maailma tuumaenergia liider, kes toodab kolm neljandikku kogu elektrist tuumareaktorite abil. USA võrdluseks saab umbes viiendiku elektrist tuumaenergiast. Mõni riik, näiteks Rootsi ja Venemaa, kasutab tuumalõhustumisel tekkivat soojust ka otseselt majade ja hoonete kütmiseks. Tuumaenergial on ka muid rakendusi: 200 väiksemat tuumareaktorit juhib kogu maailmas 150 laeva, sealhulgas tuumaallveelaevad, jäämurdjad ja lennukikandjad.