Il y a deux sortes de réactions susceptibles de produire de l’énergie nucléaire:
- la fusion : Elle se produit notament dans les étoiles. Elle est qualifiée de thermonucléaire parce qu'elle n'existe qu’à des millions de degrés. L’homme ne sait pas encore la maîtriser sur Terre malgré des recherches en ce sens.
- la fission : c'est celle qui est faite le plus couramment dans les piles atomiques appelées plutôt aujourd’hui réacteurs nucléaires.
L’énergie nucléaire de fission résulte de la rupture de très nombreux noyaux atomiques dans un «combustible» à base d’uranium : elle se retrouve sous forme de chaleur produite par le freinage des produits de fission. À l’intérieur du cœur du réacteur, le combustible doit être ensuite refroidi par un liquide ou un gaz qui transporte cette chaleur vers des générateurs de vapeur, afin de faire bouillir de l’eau. La vapeur d’eau sous pression permet d’entraîner une turbine couplée à un générateur d’électricité. Ce qui est spécifique est donc la «chaudière nucléaire» composée du réacteur, du générateur de vapeur et des appareils (pompes ou soufflantes) destinés à faire circuler le liquide ou le gaz qui transporte la chaleur de l’un à l’autre. La pièce maîtresse est le «réacteur nucléaire» qui est le foyer où est mise en œuvre de manière contrôlée la «réaction en chaîne». Le démarrage, les changements de puissance, le contrôle et l’arrêt de la réaction en chaîne sont commandés à distance par des «barres» formées d’une matière qui absorbe les neutrons. L’enfoncement plus ou moins profond de ces barres dans le cœur du réacteur commande le rythme de la réaction en chaîne.

On estime à 3,4 millions de tonnes les ressources exploitables actuellement connues pour une consommation annuelle d’un peu plus de 40 000 tonnes.