核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現核能—熱能轉換的裝置。核反應堆是核電廠的心臟，核裂變鏈式反應在其中進行。

1942年美國芝加哥大學建成了世界上第一座自持的鏈式反應裝置，從此開闢了核能利用的新紀元。

反應堆由堆芯、冷卻系統、慢化系統、反射層、控制與保護系統、遮蔽系統、輻射監測系統等組成。

堆芯中的燃料：反應堆的燃料，不是煤、石油，而是可裂變材料。自然界天然存在的易於裂變的材料只有U-235，它在天然鈾中的含量僅有0.711％，另外兩種同位素U-238和U-234各佔99.238％和0.0058％，後兩種均不易裂變。

另外，還有兩種利用反應堆或加速器生產出來的裂變材料U-233和Pu-239。

用這些裂變材料製成金屬、金屬合金、氧化物、碳化物等形式作為反應堆的燃料。

燃料包殼：為了防止裂變產物逸出，一般燃料都需用包殼包起來，包殼材料有鋁、鋯合金和不鏽鋼等。

控制與保護系統中的控制棒和安全棒：為了控制鏈式反應的速率在一個預定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，稱之為控制棒和安全棒。控制棒用來補償燃料消耗和調節反應速率；安全棒用來快速停止鏈式反應。吸收體材料一般是硼、碳化硼、鎘、銀銦鎘等。冷卻系統中的冷卻劑：為了將裂變的熱匯出來，反應堆必須有冷卻劑，常用的冷卻劑有輕水、重水、氦和液態金屬鈉等。

慢化系統中的慢化劑：由於慢速中子更易引起鈾-235裂變，而中子裂變出來則是快速中子，所以有些反應堆中要放入能使中子速度減慢的材料，就叫慢化劑，一般慢化劑有水、重水、石墨等。

反射層：反射層設在活性區四周，它可以是重水、輕水、鈹、石墨或其它材料。它能把活性區內逃出的中子反射回去，減少中子的洩漏量。

遮蔽系統：反應堆周圍設遮蔽層，減弱中子及γ劑量。

輻射監測系統：該系統能監測並及早發現放射性洩漏情況。