Az atomenergia gyakorlatilag az atommagok ún. kötési energiáját jelenti. Az atommag átalakulások során az atommag energiájának egy része felszabadul és hasznosítható. Kétféle módon szabadítható föl energia: a maghasadás (fisszió) során nehéz atommagok hasadnak két könnyebbre, míg a magfúzió során könnyű magok (pl. hidrogén-izotópok) egyesülnek nehezebb, stabilabb magokká.
A maghasadás vagy magfúzió folyamataiként keletkező hőenergiát - a hagyományos, pl. széntüzelésű erőművekhez hasonló módon - áramtermelésre hasznosítják. A tüzelőanyag leginkább urán. Több reaktortípus létezik. Elsősorban gáz és vízhűtéses reaktorok terjedtek el. Vannak olyan reaktorok, amelyekben a hűtést víz tölti be, ezeket könnyűvizes reaktoroknak hívják. A nyomottvizes reaktorban a hűtőközeg folyadék, nem változik a sűrűsége. A reaktortartály aktív zónájában áramlik a hűtővíz. A tartály kovácsolt szénacélból készül, belseje rozsdamentes acél és a tetejét reaktorfedél zárja.
Az első működő atomreaktor a grafit-moderátoros Fermi-féle reaktor volt. 1942. december 2-án indult, de csak néhány percig működött, hogy igazolja az állításokat. Teljesítménye úgy 200 W lehetett. Később az ilyen típusú erőműveket csak az Egyesült Államokban csak plutónium előállítására használták, mert a működése instabil volt. A Szovjetunióban, mint Csernobilban energiatermelésre is használták. A nyomottvizes reaktorok, mint pl. a Paksi Atomerőmű sokkal stabilabbak.
Az atomenergia felhasználása:
- Az atomenergia felhasználásának egyik előnye, hogy megfelelő üzembiztonsági környezetben mentes a káros kibocsátásoktól, ezért a globális szennyeződések elmaradnak. Baleset esetén viszont a szennyező hatás igen jelentős. Költségnövelő tényező a radioaktív hulladék tárolása.
- A teljes hőenergia egy része nem alakítható át villamosenergiává, ez a környezetbe távozik hőveszteségként (mint minden hőerőmű esetében)
- Az atomenergiát hatékonyan és gazdaságosan használják az ipar, a mezőgazdaság, az egészségügy és a tudományos kutatások területein.
- Az energiaellátásban fontos szerepet játszik. Ezek az atomenergia békés célú felhasználási módjai. Ez azonban veszélyes is lehet, mert károsíthatja az egészséget és a környezetünket. Ezért megfelelő szabályozás és a fontos szabályok betartása mellett zajlik csak a munka.
- Sok hadsereg, valamint civilek is (például néhány jégtörő hajó) használják a nukleáris meghajtást.
- Az atomenergia azonban tömegpusztító fegyverként is használható, nukleáris fegyverként.
Atomerőművek Magyarországon és a világban:
Magyarországon jelenleg Pakson, a Paksi Atomerőmű Zrt. az egyedülálló atomerőmű.
2004-től az atomenergia nyújtotta a világ energiájának 6,5%-át és a világ elektromosságának 15,7%-át. Az Amerikai Egyesült Államok, Franciaország és Japán adja a világ nukleáris energiájának 57%-át. A 2007-es Nemzetközi Atomenergiai Ügynökség (IAEA)-jelentés szerint 439 atomenergia-reaktor van világszerte, 31 országban. Az Egyesült Államok termeli a legtöbb atomenergiát, ami az ottani villamos energia 20%-át teszi ki, de százalékos tekintetben Franciaország teszi ki a legtöbbet, a termelés 80%-át (2006). Az Európai Unióban a termelés 30%-át teszi ki. A politika az Európai Uniós országok között különbözik, így a 27 EU tagország közül 15 országban van és 12 országban nincs működő atomerőmű. Nincs atomerőmű például Ausztriában, Dániában, Észtországban, Görögországban, Írországban, Lettországban, Lengyelországban, Olaszországban és Portugáliában.