原子炉で核反応を起こし、その際に生ずるエネルギーが最終的に熱となる事を利用し、この熱で高温高圧の蒸気を作り、タービンを回して発電する。出力が非常に大きい反面、巨大な冷却設備や核反応の際に生ずる放射線の防護（特に貫通力と生体への害共に大きい中性子線）が必要となり、施設が非常に大掛かりとなる。
略すと「原発」となるが、発電方法としてではなく発電施設の意味として「原発」の語は使われる。
管理について
原子炉の燃料となる物質は核兵器にも転用でき（元素の配合率が違うのでそのまま転用することはできないが）、大事故を起こすと放射性物質の飛散により甚大な被害を及ぼすため国から法により規制され、国際原子力機関（IAEA）に監視されている。
また、使用済みの燃料は有害な高レベル放射性廃棄物となるため、その管理も必要となる。
なお、日本では原子力発電所が全て海沿いにあるのは、冷却水が豊富に確保できるほか、核燃料が基本海路で輸送されるため、極力海に近いほうが陸路での移動の手間や費用が省けるからである。
なお海外では内陸部に原子力発電所を建設することの方が多い。実際チェルノブイリ原子力発電所は内陸部に建設されている。
内陸にある原子力発電所では、川などから汲み上げた冷却水を大気で冷やすため、メイン画像のような巨大な冷却塔が必要になる（海外では原子力発電所のシンボルとなっている冷却塔だが、豊富な海水を冷却水として使える日本の原発には存在しない）。
現在
事故の危険性や放射性廃棄物の問題、テロの対象になりやすいことなどから、世界各地で古くから原子力反対運動が盛んに行われてきた。
日本においては特に大地震による大事故の危険が指摘され、それは福島第一原子力発電所事故で現実になった。この事故の影響もあって世界的にも原子力発電の安全管理コストが高騰。世界各国で原発の稼動や導入を取りやめる動きが相次いだ。米国の原子炉メーカーウェスティングハウスの経営破綻の余波で親会社の東芝も経営危機に陥り、大幅なリストラを余儀なくされた。フランスの原子力複合企業アレヴァも経営危機に陥り、出資していた日立と三菱重工業の経営にも影響が出た。同事故後は、太陽光発電や風力発電のような代替エネルギー、シェールガスのような非在来型化石エネルギーの成長もあって、原子力産業の将来性自体に疑問符がついている状態である。
将来
核融合炉が実用炉として稼動できるようになれば、現在の原子力発電より大きな電力を生み、また事故の際に被害の少ない発電方法になると思われる。ただし、核融合炉でも放射性廃棄物は（核分裂炉より少ないとはいえ）発生する。
日本の原子力発電所一覧
| 電力会社 | 発電所 | 所在地 |
|---|---|---|
| 北海道電力 | 泊原子力発電所 | 北海道泊村 |
| 東北電力 | 東通原子力発電所※ | 青森県東通村 |
| 女川原子力発電所 | 宮城県女川町 | |
| 東京電力 | 福島第二原子力発電所 | 福島県楢葉町 |
| 柏崎刈羽原子力発電所 | 新潟県柏崎市・刈羽村 | |
| 中部電力 | 浜岡原子力発電所 | 静岡県御前崎市 |
| 北陸電力 | 志賀原子力発電所 | 石川県志賀町 |
| 関西電力 | 大飯原子力発電所 | 福井県おおい町 |
| 美浜原子力発電所 | 福井県美浜町 | |
| 高浜原子力発電所 | 福井県高浜町 | |
| 中国電力 | 島根原子力発電所 | 島根県松江市 |
| 四国電力 | 伊方原子力発電所 | 愛媛県伊方町 |
| 九州電力 | 玄海原子力発電所 | 佐賀県玄海町 |
| 川内原子力発電所 | 鹿児島県薩摩川内市 | |
| 日本原子力発電 | 東海第二原子力発電所 | 茨城県東海村 |
| 敦賀原子力発電所 | 福井県敦賀市 |
※:東京電力と敷地を共有している。
