高温气冷堆属于传统核反应堆的一种，使用裂变反应，核燃料会逐渐消耗。然而，它使用氦气作为冷却剂，出口温度较高，堆芯出口温度可达850至1000摄氏度甚至更高。核燃料通常为高浓二氧化铀，也有使用低浓二氧化铀的。高温气冷堆的发电效率比压水堆高出25%，且系统简单可靠。
快中子反应堆，即快中子增殖反应堆，其核反应理念有别于高温气冷堆。它通过快中子引发铀-235或钚-239等易裂变核素的裂变链式反应。在运行过程中，不仅消耗裂变燃料，还会生产出新的裂变燃料，且产量超过消耗量。这种增殖特性使得快中子反应堆成为当今唯一现实的增殖堆型。
核电站的基本原理是通过核反应产生大量热能。利用冷却剂将热量带出，再将热量传导给其他介质，形成蒸汽推动汽轮机，带动发电机发电。启动时，通过慢慢拔出控制棒，使核物质达到临界体积，产生足够的中子，链式反应就能启动。控制棒插入后，反应所需的中子被大量吸收，链式反应条件被破坏，反应堆停掉。功率控制受多种因素影响，最核心的是控制棒的插入深度，插得深，反应就不剧烈。
堆芯熔化是最严重的事故之一，热量无法通过冷却剂导出，导致核物质及其外壳被大量热量熔化，温度过高难以处理。一旦开启外壳，大量放射性物质将外泄。若将控制棒全部拔出，反应强度失控，引发堆芯熔化等问题。热量的增加还会导致反应堆内部空气被加热，气压上升，体积膨胀，可能引发爆炸，导致核物质扩散，造成灾难性后果。切尔诺贝利事故即此类问题。
动力用核反应堆，如航母、潜艇、卫星上的核电池，与核电站有很大区别。它们的功率较小，但体积和重量也很轻，特别卫星上的核电池重量仅42公斤（美国好奇号火星车）。核反应堆的小型化技术是尖端科技，资料极少。功率控制原理上与核电站相同。详情
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