核裂變反應堆，也稱原子反應堆或核反應堆，是能使核裂變的鏈式反應在人工控製下持續進行的裝置。反應堆的核心部分是堆芯，堆芯由燃料組件和控製棒組件組成。燃料組件由若幹根燃料元件按一定方式排列而成。根據反應堆的設計要求，燃料元件中的核裂變燃料可以是不同豐度的低濃鈾或其化合物。元件的外表是用鋯合金或其他耐熱耐蝕的材料製成的密封外殼。控製棒由驅動機構進行升降，以控製鏈式反應的速率，達到開堆、停堆和調節反應堆功率的目的。反應堆中通常以水、重水、或石墨作為中子慢化劑，以水、重水或氦氣為載熱劑，分別組成所謂沸水堆，壓水堆、重水堆、高溫氣冷堆等各種類型的反應堆。
核反應堆按用途或功能可以分為：以提供中子和γ射線進行科學研究為主要目的的研究堆；以製備鈈、氚為主要目的的生產堆；以供熱為主要目的的供熱堆；以提供高壓蒸汽或高溫氦氣為主要目的動力堆。有的堆可以兼有一種以上的用途。
由於反應堆的元件用的是低豐度的鈾，又是分散布置且不可能像原子彈的裝料那樣能聚攏壓緊，堆芯還有吸引中子能力很強的控製棒，所以反應堆不可能發生核爆炸。此外，反應堆在設計時就要求具有“負溫度反應係數”，即當核能釋放過快或載熱劑未能起到足夠的冷卻作用致使堆芯溫度上升太高時，鏈式裂變反應將自行減弱。