کاربرد انرژی اتمی در تولید الکتریسیته مهمترین و شناخته شده‌ترین کاربرد انرژی در حوزه تولید الکتریسته یا همان برق هسته‌ای است. نیروگاه‌های هسته‌ای را می‌توان مهمترین کاربرد فناوری هسته‌ای نامید که بدون تولید گازهای آلاینده به تولید برق می‌پردازند. گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور، آبی را که به عنوان خنک کننده به کار می رود به بخار آب تبدیل می‌کند و بخار آب تولید شده - همانند فرآیندی که در تولید برق از زغال سنگ، نفت یا گاز متداول است - به سمت توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد (ژنراتور) توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند. در واقع در نیروگاه‌های هسته‌ای تنها راکتور همراه با مواد بخار، جانشین دیگ بخار نیروگاه‌های معمولی شده است. علاوه بر نیروگاه‌های هسته‌ای که برق شهرها و صنایع را تأمین می‌کنند، نیروگاه‌های هسته‌ای کاربردهای وسیع تری در زمینه‌های دیگر مانند پیشرانش زیردریایی‌ها، ناوهای دریایی، کشتی‌های یخ شکن، سفینه‌های فضایی و غیره نیز دارند.