Kärnkraftverk producerar elektricitet genom att klyva tunga atomkärnor, främst uranisotopen 235U, där värmen värmer vatten till ånga som driver en turbin. Verkningsgraden ligger på ungefär en tredjedel, och i Sverige har kärnkraften länge använts som baslast, men nu krävs ökad flexibilitet för att balansera allt mer förnybar el. Trots att uran är en ändlig resurs, visar FN:s klimatpanel (IPCC) att kärnkraft släpper ut 50–100 gånger mindre växthusgaser än fossil elproduktion – ungefär lika mycket som vindkraft. De vanligaste typerna är kokvatten- och tryckvattenreaktorer, men det finns även grafitmodererade reaktorer som den olycksdrabbade i Tjernobyl, och tungvattenreaktorer av CANDU-typ som kan använda icke anrikat uran. Reaktorerna delas in i generationer, där framtidens generation IV exempelvis kyls med flytande natrium för att nå högre temperaturer och bättre verkningsgrad.