La puissance qui peut être produite par l'expansion de l'eau en vapeur est contrôlée et utilisée depuis des centaines d'années. Dans un réacteur nucléaire, cette réaction est provoquée par la chaleur générée lors du processus de fission nucléaire. L'uranium enrichi dégage de l'énergie par fission nucléaire. Dans une centrale nucléaire, cette énergie est contrôlée dans un processus qui transforme la chaleur générée par la fission nucléaire en énergie électrique.

Dans le coeur du réacteur, l'uranium est organisé en faisceaux. Des pastilles d'uranium de même longueur et diamètre sont disposées en tiges, et ces tiges sont rassemblées en faisceaux. Les faisceaux d'uranium sont placés dans un conteneur et immergés dans de l'eau qui agit comme un réfrigérant. La chaleur des grappes d'uranium dans le cœur du réacteur doit être contrôlée pour éviter la surchauffe, ce qui pourrait faire fondre le réacteur. Les barres de contrôle du faisceau d'uranium sont élevées et abaissées pour contrôler la température du cœur selon les besoins. Les tiges peuvent également être abaissées jusqu'en bas, arrêter de produire de la chaleur et arrêter le réacteur en cas d'urgence ou changer le combustible.

La première étape de la production d'énergie électrique consiste à permettre à l'eau du cœur du réacteur qui contient le faisceau d'uranium de se dilater en vapeur. A l'étape suivante, la vapeur sort du conteneur pour entraîner la turbine. La turbine fait tourner un générateur, et enfin le générateur produit de l'électricité.

Certaines centrales nucléaires ajoutent une autre étape au processus qui produit une deuxième boucle, qui reconvertit l'eau en vapeur avant d'entraîner la turbine. Cela empêche l'eau radioactive et la vapeur d'entrer en contact direct avec la turbine. Les réacteurs peuvent être remplis de différents types de liquide de refroidissement, pour permettre un fonctionnement à des températures plus élevées.