为了解决能源危机和污染问题，除开发和合理使用传统的常规能源外，各国均在努力探索新一代干净清洁能源，如核能、水能、风能、太阳能、氢能、地热能、海洋能等都是各国开发研究的热点。尤其是核能的和平利用，使得人类进入能源结构变革时期，即从主要依靠有限的化石燃科的能源结构转变到以新能源和其他可再生能源为主的持久的能源结构。
1938年12月，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了铀核的裂变，从而找到了一种利用核能的途径。1942年美国成功建造了世界上第一座核反应堆，它预示着核能时代的到来。1954年苏联建成了第一座试验核电站。这以后核能的应用就越来越广泛了。目前核能除了主要用于发电，还可以用来供热，并为潜艇、大型船舰等提供动力。据最新媒体报道，将来的核电站有望通过改变反应堆的制造工艺使之具有双重作用：发电和海水淡化（转化成可饮用水）。
（第一节 ）原子能发电
核能利用的主要方式是核电的开发。核电站简单地说就是由核反应堆利用原子核裂变过程中释放的核能，通过热量循环及其配套的电站发电设备所组成的发电厂。20世纪50年代开始建立商用核反应堆电站，到21世纪初全世界已有核电站超过400多座，已有30多个国家拥有核电站。规模上美国居首位，其次为法国、日本、德国、俄罗斯、加拿大，核电已经占世界总发电量的1/6以上。有些国家核电站的发电量已占全国电力供应的50％以上。如立陶宛就占76．4％，法国占75．3％，比利时占55．8％。
核电站是当前比较现实的能提供新能源的重要途径。核能开发也成为世界各国21世纪能源战略的发展重点之一。目前核反应堆不仅用于发电，而且工业用热或民用用热也将使用小型核反应堆和微型核反应堆，这种堆型已在许多国家（包括我国）投入使用。科学家预测，核能将是未来的能源“霸主”。
核能释放的两种形式是核裂变能和聚变能，目前比较成熟的是受控核裂变能。虽然核聚变过程中会放出比裂变能至少增大三四倍的能量，是更强大的能源，但引发和控制核聚变比引发和控制核裂变困难得多。所以从1952年开始研究受控制核聚变以来，进展比较缓慢，目前还存在许多困难和问题，仍处于开发阶段。现在实际使用的核能都是核裂变能，核裂变是指重核在中子轰击下分裂成两个中等质量原子核的过程。重核中比结合能为7．5MeV左右，而中量核则为8．4—8．6Mev。当重核分裂为两个中量核时，平均每个核子要放出1MeV左右的能量，这种裂变核反应放出的能量叫“裂变能”。
裂变物质的能量密度要比常规燃料大上百万倍，如铀-235的能量密度为7.49×1013J／kg，而一般煤的能量密度为2．74×107J／kg，石油的能量密度为4．32×107J／kg。原子结合成分子的结合能为几个电子伏特，原子的静止能量mc2约为几个吉电子伏特（如氢原子的静能为1GeV），可以估算出同样质量的物质，其核能要比化学能大106倍。
我国大陆自行设计和建造的第一座核电站是浙江秦山核电站，装机容量为31万千瓦，于1991年12月并网发电，结束了中国大陆无核电的历史。随后与法国合作建设的中国首座百万千瓦级核电站——大亚湾核电站2台机组也于1992年和1993年先后发电。2003年1月，我国第一座由清华大学核能技术设计研究院设计建造的高温气冷实验反应堆也在北京并网发电。迄今为止，我国已有九台核电机组投入运行，总装机容量701万千瓦。现已建成的浙江秦山（包括二期和三期核电工程）、广东大亚湾和正在建设的江苏田湾核电站，将成为中国三大核电基地。与俄罗斯合作建设的田湾核电站是中国目前单机容量最大的核电站，其建成投产后，中国核电总装机容量将达到913万千瓦。
从第一座核电站的运行到现在的十几年来，我国的核电事业取得了很大的发展，但与世界核电平均水平相比，还相差甚远。中国有相当丰富的铀矿资源，有比较雄厚的核技术力量，国家已经把开发核能列入能源发展的长期规划中，2004年7月，国务院召开会议正式批准建设广东岭澳核电站二期工程、浙江三门核电站一期工程，标志着我国核电自主化建设迈出了实质性步伐。我们相信我国的核电事业必将得到长足发展，核电将为实现我国能源结构的多元化、促进经济发展起到越来越重要的作用。
（第二节 ）核能发电的优势和安全性
核能发电比起火力发电具有几大优势。
①在经济上，核能发电比火力发电合算。虽然建造核电站的基本费用比火力发电站高出很多，但是核电站的燃料费用却比火力发电站低很多。特别是在缺煤少油的地区和国家，核电优越性就更加突出。
②核能发电可以大大减少燃料运输困难，地区适应性强。一座20万千瓦的火力发电站，一天要烧掉3000t煤，而发电能力相同的核电站，一天只有大约1kg铀就可以了，大大减少了运输问题。所以建设核电站不会受到核燃料的限制。遥远边疆、偏僻山区都可以建厂。
③核能储量丰富，可以在相当长时期内作为常规能源的代替能源。
④核能比较干净，它对环境的影响明显比别的能源对环境的影响小。
核电是否安全，一直是人们所担心的。实际上，核电站事故的风险远远低于其他事故的风险。美国在日本广岛扔下原子弹，在世界人民心目中蒙上了核能对人类危害的阴影，人们谈核色变，认为核电站也像原子弹那样充满危险。其实二者完全是不同的。核电站和原子弹使用的裂变材料虽然都是铀-235，但原子弹中铀-235的浓度为90％以上，而核电站燃料的铀-235浓度只有3％，而且，原子弹的核裂变是不可控制的，核电站的核裂变则是可以控制的，这从根本上保证了核电站的安全性。核电站问世40年来，总共发生过两次大的核事故，即美国三里岛核电站事故和前苏联切尔诺贝利核电站事故。发生事故的原因都与管理不严、操作失误有关，并非核能本身的缺陷。随着科学技术的发展，核电技术日趋成熟，核电将会越来越安全。我国建造的秦山核电站在设计上采用了“纵深防御，综合设防，多道屏障，万无一失”的方案，增设和改进了25项安全措施，从而使秦山核电站的安全性达到了世界先进水平。秦山核电站安全运行13年来，没发生过任何影响公众健康的事件。随着科学技术的发展，核裂变能发电技术将越来越成熟，核电站会变得越来越安全可靠。
（第三节 ）核潜艇
目前，核能利用的主要方式仍是核电的开发。事实上，核能的开发利用远不止于此。除了发电，核能作为交通上的动力也能大展宏图。由于原子燃料的能量非常集中，很小的一块铀-235，就会放出巨大的能量。所以，很少重量的核燃料就可以实现长距离的航行和运行。利用核燃料作为动力能源的原子发动机的原理，简单地说，它不过是一个小型的、结构相当紧凑的原子核电站，或者是某种特殊结构的核反应堆。
潜水艇对我们来说并不陌生。一般常规的潜水艇是靠柴油内燃机推进，柴油必需在汽缸里与氧气充分燃烧才可以提供能源。所以潜艇必须在海面上运行，让柴油内燃机发动，带动发电机发电，给蓄电池充电，以便当潜艇潜入海底后，靠蓄电池放电作动力推进，结果最多只能在水下停留几天，总的续航能力不过2．5×104km左右。而用核反应堆作动力的核潜艇，可以在没有氧气的海底正常运行，功率大，消耗燃料又少，所以，核潜艇原则上可以长期地在一定深度海底航行而不必浮于海面，而且，航速比海面上的大型舰艇还快，续航能力达到90×104km，可以在水下连续航行地球22．5周。相隔10年才需要更换一次核燃料。核动力潜艇的战斗力和隐蔽性比其他常规潜艇都有大幅度提高。
除了核潜艇之外，大型的新式航空母舰多数都是靠核能作动力。1957年下水的一艘原子破冰船，发动机的功率是32340kW，排水量1.6×104t。
它装一次核燃料可以足足在北冰洋破冰运行一年。近一时期国际上还克服种种技术上的困难，建造了好几艘几万吨级的大型核动力商船，它仅需携带很少核燃料就可以在海上航行很长时间。这样既能缩短航行时间又能降低运输成本。
（第四节 ）原子能飞机和原子能火箭
核燃料既然是新的高密度能量物质，所以它在航空上使用可以更显示出优越性。20世纪70年代开始研制的原子能飞机就是以原子反应堆代替原来飞机的动力装置。因为1g铀-235产生的功率与2t汽油燃烧产生的功率相当，所以初步估计，从上海直飞西欧一些国家，单程只需消耗几十克的核燃料。这样就大大减轻了燃料质量，从而提高了有效载荷。当然，如何确保飞行万无一失、安全可靠以及核动力飞机的辐射屏蔽等问题，还需做出更大努力。
核能还可用于卫星发射。用原子能火箭推送的宇宙飞船，可以被发射到茫茫的宇宙空间去执行有人或无人驾驶的空间探索任务。
将来，核反应堆甚至还可以为火车等陆地交通提供动力。原子能火车将是未来理想的交通工具。另外，核燃料也可以被用作核电池，在一切需要小型、长寿、高效、高性能电源的场合大显身手。将来，只有设计开发了小型、安全、标准化和造价比较低的新型核反应堆时，核能才会成为大有作为的新型能源。
（第五节 ）核爆炸的和平利用
“核爆炸”一词听起来似乎令人生畏，但是，核爆炸也完全可以为和平建设服务。核爆炸可以使大规模的治山治水的工程得以加速进行，据计算，1kg核燃料爆炸，就可以搬走相当于25万人工一天劳动开挖的土方。核爆炸形成的巨大土方，可以形成很大的土石方堆积，几分钟时间就能在一条大的河流上形成个土方大坝来改变河流方向。核爆炸可以应用在大型铁矿、煤矿露天开采的剥离土方工作，还可以按自己的意志在需要蓄水的地区，用核爆炸开挖出一系列人工湖泊。当然，在核爆炸和平利用方面，如何解决常规核爆炸中必然遇到的放射性污染问题很关键，随着科学研究的进一步深入，具有较大冲击波、较少污染的新型弹头的开发，都将促进核爆炸的和平应用。