พลังงานนิวเคลียร์ได้มาจากยูเรเนียมซึ่งเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสี เมื่อนิวเคลียสของอะตอมของ U-235 ซึ่งเป็นไอโซโทปของยูเรเนียมถูกแยกออกโดยนิวตรอน มันจะปล่อยความร้อนและนิวตรอนอื่นๆ นิวตรอนที่ปล่อยออกมาเหล่านี้สามารถทำให้อะตอม U-235 อื่นๆ ใกล้เคียงแตกตัว ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เรียกว่านิวเคลียร์ฟิชชันซึ่งเป็นแหล่งความร้อนที่มีศักยภาพ ความร้อนนี้สามารถใช้เพื่อ สร้างไอน้ำซึ่งให้พลังงานแก่กังหันเพื่อผลิตไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรม
พลังงานประมาณ 12% ของโลกมาจากการแตกตัวของนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โดยรวมแล้ว ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 430 เครื่องที่ดำเนินการใน 31 ประเทศ และขณะนี้อีก 70 เครื่องอยู่ระหว่างการก่อสร้างทั่วโลก ฝรั่งเศสเป็นผู้นำของโลกในด้านพลังงานนิวเคลียร์ โดยผลิตไฟฟ้าได้สามในสี่ของทั้งหมดโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โดยการเปรียบเทียบ สหรัฐฯ ได้รับไฟฟ้าประมาณหนึ่งในห้าจากพลังงานนิวเคลียร์ บางประเทศ เช่น สวีเดนและรัสเซียยังใช้ความร้อนที่เกิดจากการแยกตัวของนิวเคลียร์เพื่อสร้างความร้อนให้กับบ้านและอาคารโดยตรง พลังงานนิวเคลียร์มีการใช้งานอื่นๆ เช่นกัน: เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กกว่า 200 เครื่องให้พลังงานแก่เรือ 150 ลำทั่วโลก รวมถึงเรือดำน้ำนิวเคลียร์ เรือตัดน้ำแข็ง และเรือบรรทุกเครื่องบิน