1942年12月，美国建成世界上第一座核裂变反应堆，运行功率为0.5W，采用52吨天然金属铀和氧化铀作裂变燃料，以石墨作为慢化剂，直径约9m、高6.5m、总质量为1400吨。它的出现标志着人类进入了核能应用时代。
核反应堆是核物质进行裂变链式反应的地方，即当铀235、铀233或钚239受到外来中子轰击时，原子核会吸收中子，分裂成两个质量较小的原子核，同时放出3个中子，裂变产生的中子又去轰击另外的原子核，引起新的裂变反应。
这听起来与原子弹的爆炸原理差不多。
不错！它与原子弹的唯一区别是：原子弹中的裂变链式反应是不受控制地进行的，在一瞬间全部变成了巨大的能量；而核反应堆可以人为控制裂变链式反应速度的快慢，使其缓慢地释放能量。另外，原子弹使用的核燃料中90%以上是容易发生裂变的铀235，而核反应堆使用的核燃料中铀235的比例不到5%。
核反应堆的用途包括供科学家进行核试验、发电、供热、为舰船或宇宙飞船提供动力、利用裂变产生的中子或同位素进行放射性医疗，以及生产其他裂变物质等。主要结构包括堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、循环冷却系统、屏蔽层、辐射监测系统和安全壳等部分。
堆芯是核燃料进行裂变反应的地方，中心部位叫做活性区，四周设有重水、水、铍或石墨制成的反射层，能够把活性区内逃散出来的中子反射回去。
由于速度较慢的中子更易引起核裂变，所以核反应堆中设有慢化系统，向堆芯投入能使裂变放出的中子速度减慢的物质，包括水、重水、石墨等，也称慢化剂。科学家还用硼、碳化硼、镉、银铟镉等吸收中子的材料做成控制棒和安全棒，控制棒用来调节反应速率，安全棒用来快速停止链式反应。
发生核裂变反应时会产生大量的热，需要循环冷却系统带走热量，避免反应堆因过热烧毁。循环冷却系统中含有水、重水、氦和液态金属钠等冷却剂，带走的热量可以使水变成蒸气，用来发电。反应堆的周围还设有屏蔽层，以减弱中子及γ射线辐射剂量；此外还设有辐射监测系统，能监测并及早发现放射性泄漏情况。
通常将采用重水作慢化剂和冷却剂的核反应堆称为重水堆，采用高压下的普通水作慢化剂和冷却剂的称为压水堆，采用水蒸气作慢化剂和冷却剂的称为沸水堆，采用气体冷却的称为气冷堆，采用石墨作慢化剂材料的称为石墨堆。如果根据用途来分类，可以分为实验堆、发电堆、动力堆、供热堆和生产堆等。