核能（ Nuclear Energy，或称原子能）是通过核反应从原子核释放的能量。核能的获得途径主要有两种，即重核裂变与轻核聚变。所谓重核裂变是指一个重原子核，分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能量。例如，当用一个中子轰击U-235的原子核时，它就会分裂成两个质量较小的原子核，同时产生2~3个中子和、γ等射线，并释放出约200兆电子伏特的能量。如果再有一个新产生的中子去轰击另一个铀-235原子核，便引起新的裂变，以此类推，裂变反应不断地持续下去，从而形成了裂变链式反应，与此同时，核能也连续不断地释放出来。所谓轻核聚变是指在高温下（几百万度以上两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核并放出大量能量的过程，也称热核反应。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力，因此在一般的温度和压力下，很难发生聚变反应。而在太阳等恒星内部，压力和温度都极高，所以就使得轻核有了足够的动能克服静电斥力而发生持续的聚变。自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行，故称为“热核聚变反应”。氢弹是利用氘、氚原子核的聚变反应瞬间释放巨大能量这一原理制成的，但它释放能量是不可控的。目前正在研制的“受控热核聚变反应装置”也是应用了轻核聚变原理，由于这种热核反应是人工控制的，因此可用作能源。核电站是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电。核
电站已经历四代的发展:第一代始于20世纪50年代，1954年前苏
联建成发电功率为5MW的实验性核电站；1957年，美国建成发电功率为9万KW的 Ship Ping Port原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述实验性的原型核电机组称为第一代核电机组。第二代始于20世纪60年代后期，在实验性和原型核电机组基础上，陆续建成发电功率30万KW的压水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核电机组，它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时，使核电的经济性也得以证明。目前，世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这一时期建成的，习惯上称为第二代核电机组。第三代始于20世纪90年代，为了消除三里岛和切尔诺贝利核电站事故的负面影响，世纪核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关，美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求》和《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》，进一步明确了预防与缓解严重事故，提高安全可靠性等方面的要求。国际上通常把满足这两个文件之一或全部条件的核电机组称为第三代核电机组。第四代始于20世纪初，200年1月，在美国能源部的倡议下，美国、英国、瑞士、南非、日本法国、加拿大、巴西、
韩国和阿根廷共10个有意发展核能的国家，联合组成了“第四代国际核能论坛”，于2001年7月签署了合约，约定共同合作研究开发第四代核能技术。
2011年我国在山东石岛湾建成世界上第一座具有第四代核能安全特性的核电站，这是我国拥有自主知识产权的第一座高温气冷堆核电站。现在世界上大部分反应堆用的是金属管棒状燃料元件，载热剂是水，不耐高温。即使是水压堆，最高温度也只能达到328℃。而高温气冷堆的载热剂是氦气，用石墨作慢化剂和结构材料，通过高科技工艺制造球形包覆燃料元件。它的堆芯温度可达1600℃，氦气出口的温度高达900℃，这是其他任何类型的反应堆都达不到的。
核电站与其他常规能源和比具有明显优势，一是核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。二是核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。三是核能发电所使用的铀燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便。四是核能发电的燃料费用所占的比例较低，也不易受到国际经济形势影响，故发电成本较其他发电方法更为稳定。但其缺陷也是显而易见的，如核能电厂会产生高低阶放射性废料，虽然所占体积不大，但必须慎重处理。另外，核电厂的反应器内有大量的放射性物，，，
质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。同时，核裂变材料也是有限的。
为避免核裂变的缺陷，找到解决人类能源危机的永久办法，人们把希望寄托在聚变能上。因为核聚变能与核裂变能不同，核聚变不会产生核辐射，也不产生核废料，核聚变产生的能量比核裂变更大，1升海水中提取出的氘进行核聚变放出的能量相当于300L汽油燃烧释放的能量。同时核聚变资源也是无限的，海水中的氘和氚就取之不尽，用之不竭。但人类利用聚变能还仅限于制造氢弹。要想有效利用聚变能，必须能够合理地控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。为此，一些发达国家纷纷兴建“托卡马克”装置—构造一个类似面包圈的环形磁容器，利用强磁场约束带电粒子，将聚变原料加热到上亿摄氏度高温，实现聚变反应。同时，进行大规模的国际合作，实施“国际热核聚变反应堆计划”，其目标是验证和平利用聚变能的可行性，科学家预测人类在2050年将真正实现核聚变发电。我国从1991年开展超导托卡马克发展计划，2006年建成世界第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，通过两轮放电，证明中国人在核聚变实验领域已经站到了世界前列。