Nas usinas termelétricas convencionais, o calor é proveniente da queima de combustíveis (óleo, carvão, etc.); nas usinas termonucleares, o calor é proveniente da fissão nuclear dos átomos de urânio.
A energia nuclear tem como principal fonte o mineral radioativo urânio, encontrado na natureza sob a forma de uma mistura de urânio-238 (U238) e urânio-235 (U235), numa proporção de 99,3% e 0,7% respectivamente.
Como somente o U235 é fissionável (capaz de originar uma reação em cadeia) e considerando sua pequena ocorrência na natureza, a solução encontrada foi enriquecê-lo, isto é, aumentar a porcentagem de U235 sobre o U238. É por meio desse processo que se consegue obter misturas com até 98% de U235. São poucos os países que dominam essa tecnologia e comercializam o urânio enriquecido.
Há um acordo internacional de restrição às armas atômicas – o Tratado de Não-Proliferação Nuclear (TNP) – que entrou em vigor em 1970 e prevê inspeção de rotina nos países participantes. A ele foi agregado, em 1997, um protocolo adicional estipulando inspeção sem aviso prévio e sem restrição a quaisquer fábricas, equipamentos ou instalações nucleares.