I naturen finns det bare tre isotoper som kan spaltes. Det er to uranisotopene (²³³U og ²³⁵U) og plutoniumisotopen ²³⁹Pu. Bare ²³⁵U finnes naturlig, mens ²³³U og ²³⁹Pu produseres ved hjelp av nøytronbestråling av henholdsvis ²³²Th og ²³⁸U. (Et grunnstoff kan opptre som ulike isotoper: Antall protoner i kjernen bestemmer hvilket grunnstoff, mens antall nøytroner avgjør isotopen).

I et kjernekraftverk skjer kjedereaksjonene kontrollert, og energien fra spaltingen utnyttes til å lage damp. Dampen driver en turbin som produserer elektrisk energi ved hjelp av en elektrisk generator.
En reaktor i et kjernekraftverk består av fire hovedkomponenter. Det spaltbare materialet, brenselet, er pakket i lange sylindere. Mellom disse brenselselementene er det plassert kontrollstaver som kan trekkes inn og ut av reaktorkjernen. Kontrollstavene er som oftest laget av bor eller kadmium, som absorberer nøytroner. Kjedereaksjonen kan derved reduseres eller stoppes helt ved å kjøre inn kontrollstaver i reaktorkjernen. Brenselselementene og kontrollstavene er senket ned i et kjølemiddel.
Kjølemiddelet brukes til å transportere varmen ut av reaktorkjernen. Hva slags kjølemiddel som brukes varierer fra reaktortype til reaktortype. De mest vanlige kjølemidlene er vanlig vann, tungtvann (hydrogenet i vannmolekylet har to nøytroner i kjernen i stedet for ett) eller helium. Siden spaltingen skjer mest effektivt med «langsomme» nøytroner, dvs. nøytroner med liten energi, brukes det som oftest et middel til å bremse/moderere nøytronene. Denne såkalte moderatoren er enten grafitt, vanlig vann eller tungtvann.

Reaktortyper
Man kan i grove trekk dele de forskjellige reaktortypene i tre kategorier: Gasskjølte, vannkjølte og formeringsreaktorer.
Både gasskjølte og vannkjølte reaktorer krever en form for moderator for å bremse nøytronene. De gasskjølte bruker i hovedsak grafitt som moderator og helium eller karbondioksid som kjølemiddel. I de vannkjølte reaktorene benyttes enten vann eller tungtvann som både moderator og kjølemiddel.
Formeringsreaktorer (eng. «breeder»; navnet kommer av at de produserer mer brensel enn de forbruker) bruker hurtige nøytroner, og inneholder derfor ingen moderator. Det har vist seg å være teknisk vanskelig å få formeringsreaktorene til å fungere tilfredsstillende. Det er derfor svært få slike reaktorer i drift i dag.
De aller fleste av dagens reaktorer benytter seg av vann som moderator og kjølemiddel. Av de 424 reaktorene som er i drift i dag bruker 328 (77 %) lettvann som moderator og kjølevann.

I en kokvannsreaktor pumpes vannet gjennom reaktorkjernen, hvor det varmes opp til i underkant av 300°C. Vannet koker og dampen ledes direkte til turbinen som driver en generator. Etter at dampen har passert turbinen kjøles den ned og kondenserer, og vannet føres tilbake til reaktorkjernen. Vannet som går i denne lukkede kretsen vil inneholde radioaktivitet. Det blir derfor renset kontinuerlig. Filtermassen vil være en del av det radioaktive avfallet som driften av kjernekraftverket medfører.