Az atomenergia gyakorlatilag az atomagok 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 a 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 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.

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.

A paksi atomerőmű létesítése volt a XX. század legnagyobb ipari beruházása Magyarországon.

2008-ban négy blokkja összesen 14 818 GWh villamos energiát termelt

Paks természeti és infrastrukturális adottságai miatt jó lehetőséget biztosít az üzemeltetők elhelyezésére.

A Paksi Atomerőmű 1976-ban alakult, 4 darab VVER 440/213 típusú nyomottvizes reaktort tartalmaz, beépített teljesítménye 1850 MW.

Az atomerőművek felépítése hasonló az egyéb hőerőművekéhez, ugyanis mindkettő esetében a kazánban (illetőleg reaktorban) felszabaduló hőt valamilyen hűtőközeggel szállítatjuk el, és azt gőz termelésére használjuk fel. Ez a gőz ezt követően a turbina forgólapátjaira kerülve meghajtja azokat, és ebből a mozgási energiából termel villamos energiát a generátor. A gőz a kondenzátorba kerül, ahol lecsapódik, újra folyékony halmazállapotúvá alakul. Az így lehűlt víz előmelegítés után újra visszajut a kazánba, illetve nyomottvizes atomerőmű esetén a gőzfejlesztőbe.

A fő különbség a hagyományos hőerőmű és az atomerőmű között abban áll, hogy miként szabadítjuk fel a szükséges hőt. Fosszilis erőműben a kazánban szenet, olajat vagy gázt égetünk el, és a tüzelőanyag kémiai energiája alakul hővé. Atomerőműben viszont a maghasadásokból felszabaduló energiát hasznosítjuk.

A csernobili atomerőmű-baleset 1986. április 26-án történt az ukrajnai Csernobil város melletti atomerőműben.Miatt radioaktív hulladék hullott a Szovjetunió nyugati részére, valamint Európa más részeire és az Egyesült Államok keleti részére. A mai Ukrajna, Fehéroroszország és Oroszország területén hatalmas területek szennyeződtek.1986. április 26-án történt a csernobili atomerőműben a baleset. Ez volt az eddigi legnagyobb nukleáris energia katasztrófa a történelemben. A robbanás a csernobili atomerőmű negyedik blokkjában történt, mindössze 120 km-re Ukrajna fővárosától, Kijevtől, közel a fehéroroszországi határhoz.a csernobili atomerőmű volt a legnagyobb a világon.a gőz és a hidrogén robbanása a magasba emelte az 1200 tonnás reaktort, ezzel tönkretéve a tetőt.A túlforrósodó üzemanyag okozta a generátor felszínének megsemmisülését.A radioaktivitás Csernobil negyedik, megsemmisült és lángoló reaktorából indult, amely beszennyezte mind a közeli, mind a távoli környezetet.