核电站设有四道安全门，保证核辐射物不外泄。
第一道安全门是核燃料芯块外表涂上三四层热解碳和碳化硅涂料，可阻止99％的放射性物质外逸。有的是把燃料经过处理，有的是放在陶瓷做的燃料棒内。
第二道安全门是芯块组成的燃料棒外面再套上一个密封管。密封管是由耐高温，耐腐蚀材料制成的。密封管能使逃逸出来的1％～2％的放射物质被包覆住。
第三道安全门是由燃料棒组成的芯堆放在一个大容器内。容器直径有几米，壁厚20厘米，形状像热水瓶胆，由低合金钢制成的。万一燃料棒的密封管破裂了，泄漏出来的物质也不会跑到这个容器的外面去。
第四道安全门是有一个安全壳的厂房，把“一回路”设备包容在里面，安全壳没有窗户和多余的门，并且建设很坚固。这就保证了如果万一发生事故，放射物质也不向外泄漏，使危险只限于安全壳内。
放射性物质也不会由冷却物质泄漏出去。就以压水堆来说吧。反应堆和蒸气发生器所用的水，是“一回路”，而推动汽轮机转动的蒸气所用的水，是“二回路”。“一回路”和“二回路”是隔离的。另外，“二回路”的水循环使用，不外流。所以要把汽轮机用过的热水冷却，冷却用的水与“二回路”的用水是隔离的。所以核电站的放射性不会由冷却水泄漏出去。
核电站还有很完善的安全系统，它包括事故监视装置、安全保护线路和安全保护执行机构三大部分。事故监视装置对30～40项重要参数进行监视，如果发现有出现事故的苗头，立即发出警告信号和让反应堆停止工作信号。安全保护线路根据监视装置的信号，根据预先设计的措施和方法，发出信号，驱使安全保护执行机构将反应堆关闭，使防止事故的系统投入工作。安全保护线路是采用两套甚至三套“保险线路”，以提高可靠性。
还有工程安全设施，假若压水堆的“一回路”管道破裂造成堆芯失水，紧急停堆系统会在2秒内关闭反应堆，并且开动安全注入系统，注入大量的水，水中含有吸收中子的吸收剂。
万一发生火灾，厂房安全壳的喷淋系统自动从顶部喷淋而下，水中含有氢氧化钠和硼酸，可以将蒸气和放射物除掉。在发生事故时，安全壳隔离系统，自动地把厂房安全壳与外部相通的管道关闭，使厂房安全壳与外部隔离起来。
为了使核电站更安全，现在更注意发展安全的新型反应堆。新一代核电站有三种类型。
（1）改良型：在现有反应堆类型基础上，增加安全措施，提高安全性，使可靠性更高。
（2）革新型：采用先进堆型，简化设备（设备越多可靠性就越低），增加安全系统，提高使用寿命。例如现在很多反应堆都采取措施，保证在操作人员出现错误时，也不会造成事故。日本研究出一种“自动恢复”反应堆，它有自我检查能力，发现有故障苗头，就命令机器人去排除故障，进行修理，值班人员在不知不觉中，事故苗头就已经被消除了。
日本还开发一种“小型高速增殖堆”，在使用寿命30年内，不用更换燃料，这本身就可以提高安全性。
（3）革命型：采用的反应堆，从根本上就不会发生严重事故。比如，人们设想一种“傻瓜堆”，不论人们如何操作，都不会有大事故。这种反应堆目前只是处在概念阶段。
未来的核电站安全目标是，事故率可忽略，比如说一座反应堆工作一年的平均事故概率小于千万分之一。