反應堆是指能夠在受控下(所以不會發生原子彈那樣爆炸)持續進行核裂變鏈式(連鎖)反應的裝置。所以把它叫做“堆”，是因為世界上第一個核反應堆是用石墨塊(用以控制反應速度)和金屬鈾塊(反應燃料)一層一層交替地“堆”起來而構成的。后來，其他不用石墨的核反應裝置，仍沿用這種叫法。
熱中子反應堆是一種進行核裂變的反應堆。目前，已經實用化的核反應堆有輕水堆和重水堆(重水是氫的同位素氘(重氫)同氧的化合物)之別。目前使用的多為輕水堆。在輕水堆中，水被兼作減速(和石墨一樣起控制反應速度的作用)和冷卻用。輕水堆又可分為壓水型和沸騰水型的，現在大多數核電站用的都是壓水型的。
壓水堆最初被用作核潛艇的動力。它的冷卻水分為一次系統和二次系統兩部分。一次系統的冷卻水保持在約160氣壓這樣的高壓，所以加熱到約325℃仍能保持為液體狀態。為了吸收核裂變中的中子，水中加入一點硼，用以調整核反應的速度。一次冷卻水直接同核襲變部分接觸，將它產生的熱量帶走。經由蒸氣發生器進行熱交換，使二次冷卻水被加熱至沸騰。二次冷卻水在60大氣壓下被加熱到275℃，成為蒸氣用以驅動發電用的汽輪機。
壓水堆利用濃縮鈾工廠提供的低濃度鈾235作為核燃料。鈾235是鈾的一種放射性同位素，是自然界中唯一存在的裂變核燃料。裂變中產生的中子，或被燃料棒中鈾238所吸心，或使鈾235發生裂變，或逸出于燃料棒之外。如中了速度快，則使鈾235發生裂變的機會就小了，所以要用水(輕水或重水)和石墨作為減速材料，放在燃料棒四周，使中子速度減慢以有助于使鈾235發生裂變。減速后的中子能量最后都變為熱能，為了把它運到外部，需要使用冷卻材料(通常也用水)。把含有硼等吸收中子物質的控制棒放在堆芯中，當它插入燃料中時，產生的中子數量達不到臨界值，裂變無法連續進行下去。當控制棒拔起來時，中子數目加多，通過連銷反應，鈾的裂變便可連續進行下去。這種速度變慢的中子稱為熱中子，利用熱中子使鈾235裂變的核反應堆，稱為熱中子反應堆。