原子反應堆的用途廣泛，但歸納起來，一是利用裂變核能，二是利用裂變中子。核能主要用於發電，但在其他方麵也有廣泛的應用，如核能供熱、特殊動力等。原子反應堆的第二大用途就是利用鏈式反應中釋放的大量中子，可用來大量生產各種放射性同位素，以應用於工業、農業和醫學等。
作為一個能源相對匱乏的發展中國家，我國對新能源的開發及利用極為關注。作為我國“863”計劃能源技術領域主題之一的原子反應堆主題又包括了三個專題：快中子實驗堆、高溫氣冷實驗堆、聚變——裂變混合堆。
快中子反應堆是指由快中子引起的原子核裂變和鏈式反應的反應堆。快堆的一個重要特點是在經濟發電的同時，一方麵消耗核燃料，一方麵又生產核燃料，實現核燃料增殖。快堆用液態金屬鈉作冷卻劑，所以快堆又稱為銷冷快堆。我國在快堆實驗研究的過程中，開展了多項工程驗證試驗，建成了快堆綜合研究中心等，建成了20多台大型實驗裝置。其中，快堆鈉工藝研究進入國際先進行列。快中子實驗堆是在我國可較早實用的增殖堆，可大幅度提高核燃料利用率，從目前壓水堆（大亞灣、秦山核電站均用壓水堆型）的約1%提高到60%左右，這對充分有效利用我國核資源有重大意義。
高溫氣冷堆是一種安全性好、經濟性好、用途廣泛的先進反應堆。其特點一是有良好的固有安全性，在非常極端的事故情況下，堆芯不會溶化，絕不會發生切爾諾貝利那樣的事故；二是能提供900℃甚至950℃的熱，這是任何其他堆都做不到的。2000年12月21日，位於北京昌平區的高溫氣冷實驗堆建成並首次臨界。它由清華大學核能技術設計研究院負責設計、建造和運行，設備製造由十幾家工廠完成。與先進國家相比，該實驗堆投資少、工期短，實現了多項創新和技術突破：它是世界上第一座模塊式球床高溫氣冷實驗堆；高溫堆燃料元件生產線，是目前世界上惟一製造球形燃料元件的生產線；發明了世界上第一套氣動脈衝裝卸料裝置、高溫堆獨創性的氣動裝卸料裝置，結構簡單，易於維修；研製成功我國第一套全數字化的反應堆控製保護係統；建成了我國第一座中等規模的氦氣工程實驗回路。高溫氣冷實驗堆的建成，標誌著我國先進核反應領域取得重大突破，開辟了和平利用核能的新領域。
聚變——裂變混合堆能增殖核燃料，支持裂變核能的發展，還能處理高效核廢料。從長遠看，為了最終解決對能源的需求，必須發展混合堆。我國在核聚變領域的研究縮小了與國外的差距，在“863”計劃推動下，我國核聚變研究得到跨越式發展，已成為國際聚變界的重要成果。
高通量原子反應堆
原子反應堆是裝配了核燃料以實現大規模可控製裂變鏈式反應的裝置。它根據中子通量可分為高通量堆和一般能量堆。高通量堆具有中子通量高輻照空間大、考驗周期短、堆芯布置靈活等特點。
1980年12月16日，二機部西南反應堆工程設計院研究設計的我國第一座大型高通量原子反應堆建成，並成功地進行了高功率運行。這座高通量反應堆熱功率設計定額為12.5萬千瓦，最大熱中子通量是每秒鍾每平方厘米620萬億個中子。像這樣大規模的高通量反應堆，當時在世界上隻有少數工業發達國家才能建造。這座高通量反應堆是一座試驗研究反應堆，具有較大的輻照能力，配備有比較完整的工藝實驗研究手段和廣泛開展反應堆工程試驗研究設施。它具有“一堆多用”的顯著特點，可以同時生產多種放射性同位素和超鈈元素，還可以進行微量元素的活化分析和單晶矽中子嬗變的技術研究和生產，有助於提高許多科學領域和工業部門的技術水平。同時，這座反應堆還建立了一整套必要的安全可靠的防護和“三廢”處理設施。
該反應堆及其配套工程共有設備5萬多台件，全部是中國自己製造的。全國26個省、市、自治區和冶金、機械、化工、電子、建築安裝等工業部門的200多個工廠企業，大力協同，試製成功1100多種新材料和新產品，保質保量地完成了設備製造和安裝任務。
這座反應堆的建成，標誌著中國反應堆工程的科學技術達到了一個新水平，已經具備自力更生地設計、製造和建設核電站的能力。
微型反應堆
1984年9月1日，中國第一座微核反應堆在核工業部原子能所研製成功並通過部級技術鑒定，為核技術的推廣應用提供了又一項重要成果。