원자핵 분열을 인공적으로 제어하여 발생하는 에너지를 이용하거나 방사성 동위 원소를 제조하는 장치. 1942년 12월에 미국의 시카고 대학에 세계 최초의 원자로가 건설되었다.

원자로에서 연쇄 반응을 일으키는 중성자의 속도를 늦추어 다른 원자핵에 부딪히게 함으로써 연쇄 반응을 지속시키는 구실을 하는 것을 감속재라 하며, 순수한 흑연이나 중수(重水) 등이 쓰인다.

또 연쇄 반응이 계속하여 일어나되, 급격히 일어나는 것을 막기 위해서는 중성자 를 흡수해야 하는데, 이에 사용되는 것이 제어봉이며 반응의 강도를 조절할 수 있다. 제어봉은 카드뮴이나 붕소와 같이 중성자를 잘 흡수하는 물질로 만든다.

또 강한 방사선 이 외부로 나오는 것을 막기 위해서 원자로는 납이나 콘크리트로 두껍게 에워싸야 한다.

원자로용의 핵분열 물질을 원자 연료라고 하며, 우라늄 235, 천연 우라늄, 농축 우라늄, 토륨 따위가 있다.