Ydinvoimassa energia saadaan uraaniatomien ytimien halkeamisesta eli fissiosta. Siitä vapautuvalla lämmöllä kuumennetaan vettä, josta syntyvä höyry pyörittää turpiinia. Periaate on yksinkertainen, mutta polttoaineen ja fissiossa syntyvien isotooppien radioaktiivisuus aiheuttaa voimaloille teknisiä haasteita.

Loviisan ydinvoimala.

Ydinvoimassa on monia etuja. Se on tehokkuudeltaan ylivertainen. Esimerkiksi hiileen verrattuna ydinpolttoaineena käytetyn uraani-235:n energiatiheys on noin kaksi miljoonaa kertaa suurempi. Se tarkoittaa, että gramma uraania vastaa energiasisällöltään kahta tonnia hiiltä. Käytännössä näin suurta tehokkuutta ei ydinvoimaloissa saavuteta, sillä suuri osa energiasta kuluu lauhdutukseen. Siitä huolimatta tehokkuus on vertaansa vailla. Tuotanto on lisäksi tasaista, ennustettavaa ja säistä ym. asioista riippumatonta. Siksi ydinvoimalla tuotetun sähkön hinta on vakaa. Ydinvoimassa ei polteta mitään, eli siinä ei synny palamiskaasuja, kuten hiilidioksidia. Ilmastonmuutoksen torjunnan kannalta tämä on selvä etu.

Ydinvoimaan liittyy myös useita huonoja puolia. Uraani on kallioperässä suhteellisen harvinainen alkuaine, ja siitäkin vain pieni osa on ydinpolttoaineena käytettyä isotooppia U-235. Nykyisin ydinvoimalla tuotetaan noin 4,5 % maailman energiasta ja fossiilisilla polttoaineilla 86 %. Jo pelkkä riittävyys rajoittaa sitä, että perinteisellä ydinvoimalla voitaisiin fossiilisia polttoaineita merkittävästi korvata.

Tšernobylin ydinvoimalan säteily on edelleen runsasta.

Uraani on radioaktiivinen alkuaine. Se tarkoittaa sitä, että atomeilla on taipumus hajota itsestään, jolloin ympäristöön leviää haitallista säteilyä. Erityisen voimakasta säteily on käytetyssä ydinpolttoaineessa, joka on varastoitava eliökunnan ulottumattomiin tuhansiksi vuosiksi. Itse voimalakin on käytöstä poistettaessa ydinjätettä.

Uraanin käyttöön polttoaineena sisältyy myös ydinonnettomuuden vaara, jossa fissioreaktio karkaa hallitsemattomaksi. Onnettomuudet eivät ole todennäköisiä, mutta tapahtuneet onnettomuudet ovat laskeneet merkittävästi ydinvoiman suosiota. Lisäksi voimalat sekä ydinjätteen käsittely ja varastointi ovat erittäin kalliita, mikä heikentää ydinsähkön hintakilpailukykyä.

​