基本工作原理是：核電站利用核能發電,核心設備是核反應堆。核反應堆加熱水產生蒸汽，將原子核裂變能轉化為熱能；蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，熱能轉化為機械能；然后汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能。
常見的核電站依據反應堆原理不同可分為壓水堆核電站、重水堆核電站、沸水堆核電站、快堆核電站。目前我國主要核電站由壓水堆核電站和重水堆核電站組成。
壓水堆核電站
目前世界上的核電站60%以上都是壓水堆核電站，其主要由反應堆、蒸汽發生器、汽輪機、發電機及有關系統設備組成。
在核電站中，反應堆的作用是進行核裂變，將核能轉化為水的熱能。水作為冷卻劑在反應堆中吸收核裂變產生的熱能，成為高溫高壓的水然后沿管道進入蒸汽發生器的U型管內，將熱量傳給U型管外側的水，使其變為飽和蒸汽。
冷卻后的水再由主泵打回到反應堆內重新加熱，如此循環往復，形成一個封閉的吸熱和放熱的循環過程，這個循環回路稱為一回路，也稱核蒸汽供應系統。一回路的壓力由穩壓器控制。由于一回路的主要設備是核反應堆，通常把一回路及其輔助系統和廠房統稱為核島（NI）。
由蒸汽發生器產生的水蒸汽進入汽輪機膨脹作功，將蒸汽、的熱能轉變為汽輪機轉子旋轉的機械能。汽輪機轉子與發電機轉子兩軸剛性相連，因此汽輪機直接帶動發電機發電，把機械能轉換為電能。
作完功后的蒸汽（乏汽）被排入冷凝器，由循環冷卻水（如海水）進行冷卻，凝結成水，然后由凝結水泵送入加熱器預加熱，再由給水泵將其輸入蒸汽發生器，從而完成了汽輪機工質的封閉循環，我們稱此回路為二回路。循環冷卻水二回路系統與常規火電廠蒸汽動力回路大致相同，故把它及其輔助系統和廠房統稱為常規島（CI）。
綜上所述，壓水堆核電站將核能轉變為電能是分四步，由四個主要設備中實現的
（1）反應堆—將核能轉變為水的熱能；
（2）蒸汽發生器—將一回路高溫高壓水中的熱量傳遞給二回路的水，使其變成飽和蒸汽；
（3）汽輪機—將飽和蒸汽的熱能轉變為汽輪機轉子高速旋轉的機械能；
（4）發電機—將汽輪機傳來的機械能轉變為電能。