I 1938 ble det i Tyskland oppdaget at når man bombarderte uranatomer med nøytroner (små kjernepartikler uten elektrisk ladning), ville en viss andel av uranatomene bli spaltet i to omtrent like store deler. Samtidig ble det sendt ut nye nøytroner og frigjort energi. Denne prosessen ble kalt fisjon eller spalting, og de to radioaktive produktene som ble dannet ble kalt fisjonsprodukter. De nøytronene som sendes ut ved en slik spalting (mellom 0 og 5 per spalting) kan igjen føre til nye spaltinger, og man får en såkalt kjedereaksjon.

Vannreaktorene kan deles inn i to undertyper: kokvanns- og trykkvannsreaktorer. Begge typene har en virkningsgrad på rundt 30 %, det vil si at omtrent 1/3 av varmeenergien omdannes til elektrisitet, mens 2/3 går tapt og føres bort med kjølevannet.
I Vesten er det i all hovedsak trykkvannskjølte reaktorer som er benyttet, med unntak av Sverige og Canada. Ni av Sveriges ti reaktorer er av kokvannstypen, mens Canada har satset utelukkende på tungtvannsreaktorer. Japan har sterk tro på formeringsteknologien og forsker derfor mye på denne typen reaktorer. Hvis de lykkes med dette vil de bli nesten helt uavhengig av energiimport, da de har store plutoniumslagre.
I det tidligere Sovjetunionen er det i hovedsak satset på to typer reaktorer. Den ene typen er en variant av trykkvannsreaktoren, VVER, som blant annet finnes på Kola-kraftverket. Den andre er en lettvannskjølt og grafittmoderert reaktor, RBMK-typen. Det var en RBMK-reaktor som sto for den hittil verste kjernekraftulykken i verden, den 26. april 1986 i Tsjernobyl .