O que se produce nun reactor nuclear é unha reacción en cadea controlada mediante dispositivos especiais. O principio elemental de funcionamento dun reactor nuclear é a rotura (fisión) dos núcleos dos átomos da masa do material fisionable (denominado combustible nuclear) por medio dos neutróns capturados por eles, con liberación de enerxía térmica e emisión dalgúns neutróns (entre dous e catro; estatisticamente 2,56 por cada fisión), ademais da formación de dous núcleos de masas inferiores. Os neutróns emitidos en cada fisión –unha vez reducida a súa velocidade por medio dunha substancia situada entre os elementos do combustible e denominada moderador ou diluínte, segundo os tipos– producen o bombardeo doutros núcleos, provocando a súa fisión e dando lugar así a unha reacción en cadea.
O fenómeno atópase ligado esencialmente ás leis da probabilidade, das que depende a posibilidade de que un neutrón libre sexa capturado por un núcleo fisionable antes de saír da masa activa de combustible, garantindo así a continuidade da reacción. Esta probabilidade é tanto maior canto máis eficaz é a redución da velocidade dos neutróns e canto maior é a masa de material fisionable. En todo reactor esta masa non pode ser inferior a certo valor, denominado masa critica, por baixo do cal a reacción en cadea non ten lugar.
Cando un átomo de uranio-235 bate cun neutrón, o seu núcleo escíndese dando orixe a 2 núcleos máis lixeiros, a 2 ou 3 neutróns e a unha notable cantidade de enerxía. Cada un dos neutróns producidos choca con outro átomo de uranio e o proceso repítese, afectando cada vez a un número maior de átomos.
