世界上一切物質均由原子構成，而原子則是由原子核及其周圍的電子所組成。核反應堆的基本燃料取自天然鈾，鈾是一種非常重的金屬。天然鈾由三個同位素組成：包括鈾-235 (含量0.71%)、鈾-238(含量99.28%)及微量的鈾-234。鈾原子核被中子撞擊后，會分裂成兩份，產生核裂變。核裂變過程除了把原子核分裂成兩份外，亦會釋放大量的熱能及同時放出兩個或以上中子，以撞擊更多鈾原子核，再釋放更多中子，產生鏈式裂變反應。在這裂變過程中會產生大量能量，供發電之用。

        核裂變所釋放的高能量中子移動速度極高(快中子)，因此必須透過減速，以增加其撞擊鈾原子的機會，同時引發更多核裂變。一般商用核反應堆多使用慢化劑將高能量中子速度減慢，變成低能量的中子(熱中子) 。商營核反應堆普遍采用普通水、石墨和較昂貴的重水作為慢化劑。