Le principe consiste à utiliser le dégagement de chaleur produit pas la fission d'atomes d'uranium pour produire de la vapeur sous pression qui entraine une turbine dont l'axe entraine lui même un générateur de courant alternatif connecté au réseau électrique.

Il existe plusieurs types de réacteurs, selon le liquide caloporteur employé et la façon de modérer la réaction nucléaire elle même pour éviter une réaction en chaine excessive.

Les réacteurs français sont de type à eau pressurisée (REP), licence Westinghouse américaine à l'origine et francisée depuis.

Le cœur du réacteur avec les barres de combustible nucléaire est placé dans une cuve elle-même en contact avec de l’eau. La réaction en chaîne échauffe un assemblage de combustible qui fait monter en température un circuit de fluide dit primaire.

Dans ce ce circuit l’eau circule en circuit fermé entre la cuve du réacteur et un équipement central, le Générateur de Vapeur (GV). Ce générateur va transmettre la chaleur du circuit primaire à un circuit secondaire générant de la vapeur. Celle ci va alimenter une turbine couplée à un alternateur produisant de l’électricité.

À la sortie de la turbine, la vapeur est retransformée en eau dans un « condenseur » refroidi par de l’eau de mer ou de rivière ou encore par de l’air frais et humide. Il s'agit d'un troisième circuit totalement indépendant des circuits primaires et secondaires précédents.

L’eau est ainsi ramenée vers le réacteur pour être à nouveau transformée en vapeur bouclant ainsi le cycle.