核能发电的原理是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。具体是利用中子去撞击铀235（核燃料）的原子核，会产生3个中子和2个原子核；又一次撞击，会生成9个中子和4个原子核，这就是核裂变。当撞击达到足够次数时，中子的质量会小于铀235的质量，这样会让铀235释放出巨大的能量，给反应堆升温。水泵中的水流入反应堆时会给反应堆降温，同时产生蒸汽，蒸汽可以驱动汽轮机发电。
核能发电与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），而所需要的燃料体积与火力电厂相比少很多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。它是实现低碳发电的一种重要方式。
举例而言，核电厂每年要用掉50吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，则需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。
