Jedrski reaktor uporabljamo za spreminjanje jedrske energije v toplotno. Atomska jedra v glavnem sestavljajo elementarni delci protoni in nevtroni. Protoni so nabiti pozitivno, nevtroni pa so brez naboja. Med temi »nukleoni« delujejo močne privlačne sile, ki jih držijo skupaj v jedru. Vendar so težja atomska jedra manj stabilna od lažjih, ker odbojne sile protonov razrahljajo strukturo. Zato se nam lahko posreči razbiti težka jedra (npr. U 235) s tem, da jih obstreljujemo s prostimi nevtroni. Na sliki 1 je zadel nevtron jedro urana 23S. Zato delci v jedru zanihajo in to nihanje lahko postane tako močno, da jedro razpade v več delov, na primer v eno barijevo in eno kriptonovo jedro.
»Cepitveni produkti« odletijo z veliko energijo, zadenejo ob druge atome in oddajo svojo kinetično energijo kot toploto. Tako se spreminja jedrska energija v toploto. Poleg cepitvenih produktov in toplote pa se sprostita pri cepitvi urana še dva nova nevtrona, ki lahko cepita nove uranove atome. To je verižna reakcija, ki jo ponazarja slika 2: Z leve prihajajoči nevtron zadene jedro U-235, ustvari za kratek čas vmesni produkt U-236, ki pa sam od sebe razpade, to pot v stroncij in ksenon. Pri tej cepitvi se sprostijo trije nevtroni. Da bi lahko te tri nevtrone, ki zapustijo začetno jedro z veliko hitrostjo, uporabili za nove cepitve, jih je treba zavreti.
Nevtroni z majhno hitrostjo so mnogo ustreznejši za cepitev jeder kot pa nevtroni z večjo hitrostjo. Počasni nevtroni ostajajo dalj časa v reakcijskem polju jeder, medtem ko se hitri nevtroni premalo časa zadržujejo vbližini jeder, da bi prišlo do cepitve. Trki z lahkimi atomi pa zavirajo nevtrone, ki zaradi trkov zgubijo precej energije. Da bi zavrli nevtrone, moramo vgraditi v reaktor veliko število lahkih atomov, kot so na primer atomi vode, grafita itd. Zavrti nevtroni nato dalje cepijo jedra U-235. S tem, da nastajajo pri vsaki cepitvi novi prosti nevtroni, se vzdržuje jedrska reakcija in reaktor obratuje.
V jedrskem reaktorju se nahaja voda pod pritiskom. Kovinski uran je v palicah vstavljen v posodo, napolnjeno z vodo. Tu se cepijo jedra. Pri tem osvobojeni nevtroni difundirajo iz urana v obdajajočo jih vodo, kjer pogosto trkajo ob lahke vodikove in kisikove atome, kar nevtrone zavira.
Ti »počasni« nevtroni dosežejo nato z neko verjetnostjo ponovno eno od uranskih palic in sprožijo nove cepitve. Pri tem nastali cepitveni produkti oddajo svojo energijo kot toploto uranu, le-ta pa jo odda naprej vodi, to pa prečrpavamo skozi toplotni menjalnik, v katerem odda toploto normakiemu sekundarnemu toplotnemu krogu. Da reaktor ne bi ugasnil ali da se ne bi sprožil plaz cepitev, moramo količino nevtronov zelo natančno krmiliti. Zato uporabljamo krmilne palice iz materiala, ki absorbira nevtrone. Palice lahko potisnemo različno globoko v jedro reaktorja. Potisnemo jih tako globoko v reaktor, da ostane povprečno pri vsaki cepitvi ravno en nevtron za novo cepitev. Ker so cepitveni produkti praviloma močno radioaktivni, obdaja reaktor debel betonski plašč, »ščit«. V vrelnem reaktorju izpareva voda v samem reaktorju, paro pa lahko uporabimo že v primarnem krogu, zato toplotni menjalnik lahko opustimo.
