El funcionamiento de una central nuclear es muy parecido al de una central térmica convencional. La principal diferencia radica en la creación del vapor. En las centrales nucleares, el vapor se genera partir de la fisión de los núcleos de Uranio, que tiene lugar en el reactor nuclear. La fisión nuclear es el proceso en el que se produce la ruptura de los núcleos atómicos generando una gran cantidad de energía calorífica que sirve para crear el vapor de agua.

La energía de las fisiones eleva la temperatura de las pastillas de uranio confinadas en un envoltorio de metal, llamado elemento combustible. Un circuito primario hace circular agua pesada a presión para los canales de refrigeración a través de los elementos de combustible para extraer el calor generado. Un generador de vapor extrae el calor del sistema primario al secundario.

A partir de ahí, el sistema secundario pasa a tener un circuito agua / vapor cuyo esquema es el mismo que en el modelo anterior. Por tanto, a las centrales nucleares hay dos circuito cerrados de agua como mínimo.

Los elementos de elevado peso atómico, como el uranio, tienen núcleos muy densos compuestos por grandes cantidades de protones y neutrones. Algunos de estos elementos pesado, como el Uranio 235, tienen núcleos inestables, muy adecuados para ser utilizados como combustibles en las centrales de fisión nuclear productoras de electricidad.

La fisión nuclear es una reacción por la que ciertos núcleos de elementos químicos pesada se "separan" en dos fragmentos por el impacto de otra partícula, un neutrón, liberando en el proceso otros neutrones, y al mismo tiempo una gran cantidad de energía que se manifiesta en forma de calor. Los neutrones que son emitidos o liberados en la reacción de fisión pueden provocar, en determinadas circunstancias, nuevas fisiones de otros núcleos. Se dice entonces que se ha producido una reacción nuclear en cadena. El Uranio 235 se utiliza como combustible en las centrales nucleares, como su concentración es escasa, hay un proceso de enriquecimiento para aumentar su concentración del 3% al 5%. En las centrales nucleares la electricidad se genera utilizando el uranio 235 como combustible mediante el proceso de fisión.

El Uranio 235 que se utiliza para la fisión se encapsula dentro de unas pastillas hechas con material cerámico, cada una contiene la energía equivalente a una tonelada de carbón. Estas pastillas se colocan dentro de unas barras de acero inoxidable o de una aleación de circonio, llamado zircaloy. Son aproximadamente de unos 4 o 5 m de largo y un centímetro de ancho. Las barras se agrupan y reciben el nombre de elementos de combustible. Dentro del reactor nuclear puede haber unos 250 elementos de combustible.

En el combustible nuclear una vez utilizado la presencia de uranio enriquecido es menor y se deben cambiar los elementos de combustible. Este proceso se denomina recarga y consiste en sustituir las barras de uranio gastadas por unas nuevas.

Las barras de uranio ya utilizadas pasan a formar parte de lo que se denomina residuos radiactivos. Aparte de estas barras, forman parte de este grupo los materiales en forma líquida, sólida o gaseosa para los que no está previsto ningún uso y contienen o están contaminados por elementos radiactivos. Este residuos se controlan y gestionan de forma segura

En una central nuclear podemos distinguir las siguientes partes:

Este circuito incluye el reactor, presionador y generador de vapor.

• Reactor: este es el componente donde se encuentra el combustible nuclear; pastillas de uranio enriquecido, envainadas y dispuestas en una estructura metálica llamadas "elementos de combustible". Estos elementos, dispuestos de forma específica, forman el núcleo del reactor donde se produce la energía mediante las reacciones de fisión. Esta energía, en forma de calor, es recogida por el agua, totalmente desmineralizada, del circuito primario que circula entre los elementos de combustible. Mediante un intercambiador este calor se transporta el generador de vapor.
• Presionador: depósito cilíndrico vertical que tiene por misión mantener la presión en el circuito primario.
• Generador de vapor: en este elemento, el agua del circuito primario, cede su energía al agua del circuito secundario, transformándola en vapor. Este vapor es conducido a la turbina de vapor. Esta agua del primario vuelve al reactor después de ser impulsada por las bombas principales.

Todo este circuito primario está contenido dentro de un reactor hermético y estanco, llamado "contención", consistente en una estructura esférica de acero soportada con una estructura de hormigón en forma de cáliz. La contención está en el interior de un segundo edificio también de hormigón que tiene forma cilíndrica y rematada con una cúpula semiesférica que sirve de blindaje biológico.

El funcionamiento del circuito primario se complementa con una serie de sistemas auxiliares: sistema de extinción del reactor y un sistema de refrigeración de emergencia. El sistema de extinción se activa en caso de que determinados parámetros de funcionamiento del reactor (la potencia, la presión, ...) alcanzan valores que comprometan la seguridad. La extinción se refiere a la interrupción de las reacciones de fisión del núcleo, pero este sistema no sólo se activa por razones de seguridad, sino también para mantenimiento o cuando la central tiene que salir de servicio. El sistema de refrigeración de emergencia actúa frente a cualquier fallo en el circuito primario de refrigeración.

El diseño y funcionamiento de los equipos de este sistema son similares a los existentes en el resto de centrales de tipo térmico convencional. En este circuito secundario, el vapor producido en los generadores se conduce al foco frío o condensador, mediante la turbina que transforma la energía térmica en energía mecánica. La rotación de la turbina acciona directamente el alternador de la central produciendo energía eléctrica. El vapor de agua que sale de la turbina pasa al condensador donde se transforma en estado líquido al generador de vapor para reiniciar el ciclo. El circuito secundario consta de las siguientes partes:

• Turbina: máquina rotatoria en la que la energía del vapor del agua se transforma en energía mecánica de rotación para impulsar el alternador que está acoplado el vapor producido mueve los álabes haciendo girar la turbina, de este modo, la energía contenida en el vapor se transforma en energía mecánica de rotación que impulsa el alternador que está acoplado.
• Condensador de vapor: intercambiador de calor para enfriar el vapor a la salida de la turbina, alcanzando su condensación. Utiliza como refrigerante el agua de mar o río.
• Alternador: El alternador convierte la energía mecánica producida en la turbina en energía eléctrica, energía que posteriormente se vierte en la red.
  

Este sistema es el encargado de realizar la refrigeración del condensador. Consta de la torre de refrigeración, un canal de agua (río, mar,...) y las correspondientes bombas de impulsión. Consta de los siguientes elementos:

• Torre de refrigeración: su función es enfriar el agua del circuito de refrigeración. El aire recorre el interior de la torre en sentido ascendente, enfriando el agua que cae en sentido contrario en forma de gotas, como si se tratara de una ducha. Estas torres sólo se construyen cuando las centrales están situadas en el interior, lejos del mar.
• Bombas de impulsión: éstas son las encargadas de asegurar la circulación del agua de refrigeración entre el condensador y la fuente fría (río, mar, etc.)