核電站技術發展的核心在於核島。當前全世界核電站廣泛采用熱中子引發裂變的堆型，無論是壓水堆，沸水堆或重水堆，都已相當成熟。美國（另有法德聯合）正開發單堆功率60萬千瓦的第二代動力堆，仍是這種堆型，隻是通過充分利用被動安全性和簡化設計，進一步提高安全性和降低建設成本。可以認為，以水為載熱劑的熱中子堆在今後二三十年乃至更長時間內仍將在核電中占重要地位。但是這種堆型有兩大問題，一是燃燒的主要是一部分鈾-235，資源有限，鈾利用率卻又很低，即使將乏燃燒循環濃縮與鈈一起再作燃料，總利用率也隻有1%左右。二是產生的大量高毒性長壽命裂變產物和“非鈈超鈾元素”，難以處置。
為解決這些問題，已開發研究新的堆型。快中子增殖堆用貧鈾與鈈作混合裝料（鈈占15%）以液態金屬鈉為載熱劑。這種堆中的裂變譜中子（平均能量為2MeV）基本上未經慢化而引發鈾-鈈裂變，與熱中子堆中鈾-235燃燒為主相比，有幾點有利情況：1.每次裂變的二次中子數多於2.5（接近3.0）。
2.消耗於無益俘獲反應的中子所占的比例較小。
3.鈾-238裂變的份額增加。
4.非鈈超鈾元素在快中子作用下，也可用作燃料，用量可達鈈的15%～30%。此種堆中鈾-238轉成鈈-239的量大於同時期燃燒掉的鈈-239量，形成了“增殖”。快堆的乏燃料還可經循環處理除去廢料（主要是較短壽命的裂變產物），提取出U-Pu再燃燒，這樣鈾的總利用率可提高到70%。全世界建成過22座快堆，目前有10座在運行，其中能發電的有8座，均屬於原型性或經濟驗證性，尚未進入商用階段。隨著鈾富礦開采漸盡而鈾價升高，熱堆難以為繼，以及快堆技術進一步完善、建堆成本下降，可以預期快堆發電必將進入商業化。我國已著手建造一座6.5萬千瓦熱功率/2.5萬千瓦電功率的實驗性快堆電站，預計20年後應可進行商業開發，21世紀20年代起將逐漸依靠快堆為主來增加我國的核能發電。
高溫氣冷堆是另一類安全性高和用途廣泛的熱中子堆型，可以允許建在城市附近。它以氦氣為載熱劑，石墨為慢化劑，燃料除用低濃鈾外，還可使用鈾-釷混合裝料。堆芯氦氣出口溫度最高可達950℃，既可推動燃氣輪機發電或作為高溫熱源，也可通過發生蒸汽發電供熱。我國1萬千瓦實驗型高溫氣冷堆的建造已於2005年開始，預計2010年建成，屆時可發電30000千瓦。
最近幾年，國際、國內核科技界熱烈探討“放射性潔淨核能”問題，中心議題是“加速器驅動的核電站”的新概念，其基本思想是：用一中能加速器提供1000～1500MeV的毫安級質子束，打到放在次臨界快堆中心的重金屬（如鉛）上使之發生散裂反應，每個質子產生20～30個左右、平均能量十幾MeV的中子，形成一個強中子源。這些高能中子使次臨界堆的核燃料裂變，並使中子倍增至約20倍，形成穩定的高通量密度。堆中的鈾-238或釷-232除增殖成鈈-239或鈾-233外，穩定地釋放大量裂變能。電站發生的電量小部分供給加速器，大部分可以上網。這種裝置具有快堆電站所有優點（包括長壽命放射性廢物的擅變），而安全性更優於快堆。這是因為加速器可根據安全的需要在微秒內完全切斷質子束流，驅動反應堆運轉的中子源因而立即停止產生中子，堆中裂變反應隨即停止。當然，從概念論證到工程實施，有很長的攀登路程，研究費用也是巨大的，目前我國已醞釀開展相關的理論研究及計算機模擬，具體的技術跟蹤也將逐漸起步。
聚變堆雖有無比豐富的燃料資源，一旦成功，確實可從根本上解決人類的能源問題，但因難關太多，據預測要到2050年才能投入商業運行。對於具有如此重大意義的工作，我國也已量力而行地開展了磁約束聚變和慣性約束聚變等基礎科研，並取得了可喜的進步。等到時機成熟，我國一定會迎頭趕上。