核反应堆，又称为原子能的反应堆或者是反应堆，它是能够维持一些可控自持链式的核裂变反应，主要以通过实现核能所利用的一个主要装置。核反应堆主要通过合理的去布置核燃料，使得一些在无需补加中子源的条件下才能在其中发生的自持链式核裂变的一个过程。核反应堆这一术语主要应用于覆盖裂变堆、聚变堆、裂变聚变的混合堆，但是一般情况下也仅指裂变堆。
核反应堆，就是一种启动、控制并能够维持核裂变或核聚变链式反应的一个重要装置。相对于核武器爆炸的瞬间所发生的一些主要失控链式反应，在反应堆之中，核变的速率可以得到一个十分精确的控制，其能量就能够以较慢的速度向外不断释放，并可以供人们所利用。核反应堆还有许多用途，最重要的用途还是能够产生热能，并用以代替其他一些燃料，它所产生的蒸汽发电或者驱动航空母舰等一些设施的运转。当前截至2011年的全部商业核反应堆都是基于一个核裂变的，其通过所裂变的产物还可以生产一些核武器之中所使用的钚。
核反应堆的应用最早在1929年，科克罗夫特就曾经利用质子成功地实现了原子核的主要变换。但是，用质子而引起的核反应需要消耗一些非常多的能量，使质子和目标的原子核碰撞而命中的机会也非常之少。在1938年，德国人奥托·哈恩和休特洛斯二人又成功地使中子和铀原子发生了一些相互碰撞。因此这项实验有着一个非常重大的意义，它不仅使铀原子简单地发生了一种分裂，而且裂变之后总的质量开始减少，同时还能释放出一些能量。尤其重要的是铀原子经过裂变时，除裂变的碎片之外还射出2至3个中子，因此这个中子又可以引起下一个铀原子的一个裂变，从而发生一些连锁反应。
核反应堆在1939年的1月，它是用中子而引起铀原子的核裂变的一些消息传到费米的耳朵里，当时他早已逃亡到美国的哥伦比亚。人类第一座核反应堆的设计者费米，费米不愧是一个天才的科学家，当他一听到这个消息时，就马上相当直观地设想了原子反应堆的一个可能性，并开始为他能够实现这个设想而努力奋斗。费米组织了一支研究队伍，而且专门对所建立的原子反应堆等问题进行十分彻底的研究。费米与助手们在一起，经常会通宵不眠地进行理论方面的一些计算，并思考着一些反应堆的形状设计。
核反应堆就是指当一个原子数具有较高的核子（例如U-235或Pu-239）当它吸收一个中子时会形成一个激发态的核子，然后直接裂变成为两个或更多个轻核。它所释放出的一些动能、伽玛射线和若干个中子，全部都统称为裂变产物。其中有些中子可能会被下一个重核所吸收，而引发下一个裂变的反应，并能释放出更多的中子，依此类推，这个反应就是链式反应。但是动量太高的中子不容易被重核所吸收，因此需要通过一些慢化剂来进行减速中子。而太多的中子会使反应过快的失去控制，因此还可以用一些对中子吸收截面较大的核素来进行吸收中子抑制链式的反应。通过中子的减速剂与吸收剂，来进一步增加和降低反应速率以控制一些反应堆的输出功率。
一般常用的中子慢化剂有轻水（即H2O）（世界上有75％的反应堆用水做成慢化剂），固体石墨（20％）（切尔诺贝利电厂为著名的例子）和重水（即D2O）（5％）。在一些实验堆当中，甲烷和Be也被用来做成慢化剂。
核反应堆就是一个巨大的中子源，因此是进行基础科学和应用科学所研究的一种有效的工具。目前其应用的领域早已日益扩大，而且其所应用的潜力也很大，同时它也有待人们的进一步开发。2011年的3月通过日本大地震和海啸而引发的福岛核危机之后，德国决定在2022年之前逐步废除一些核能发电，并及时关闭了其它17座核反应堆当中的8座，但其中有5座被关闭的反应堆仍被留作进行后备供电源，以防意外的情况而导致其它的能源无法满足供电的主要需求。2012年的2月9日，美国的核管理委员会时隔30年首次批准所运营的两座新建商用核反应堆。这座核电站主要位于佐治亚州，由美国的西屋电气公司所设计，最快在2016年和2017年分别进行投入运行，它的项目造价合计在140亿美元。
