切爾諾貝利核電站是蘇聯時期在烏克蘭境內修建的第一座核電站。曾被認為是世界上最安全、最可靠的核電站。但1986年4月26日，核電站的第4號核反應堆在進行半烘烤實驗中突然發生失火，引起爆炸，據估算，核泄漏事故後產生的放射汙染相當於日本廣島原子彈爆炸產生的放射汙染的100倍。爆炸使機組被完全損壞，8噸多強輻射物質泄露，塵埃隨風飄散，致使俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭許多地區遭到核輻射的汙染。2011年4月26日，切爾諾貝利事故迎來25周年紀念。
1986年4月25日，4號反應器預定關閉以作定期維修。並決定在這場合作為測試反應堆的渦輪發電機能力的機會，在電力損失情形下發充足的電供給反應堆的安全係統動力（特別是水泵）。像切爾諾貝利，反應堆有一對柴油發電機可利用作為待命，但並不能瞬間地起動—反應堆將因此被使用轉動渦輪，到時渦輪會從反應堆分離和在自己的慣性之下力量轉動，而測試的目標是確定當發電器起動時，渦輪是否在減少階段能充足地供給泵浦動力。測試早先在其它單位執行成功（所有安全供應起動）而結果是失敗的（那是渦輪產生了不足的力量在減少階段供給泵浦動力），但另外的改進提示了對其它測試的需要。
為了在更安全、更低功率地進行測試，切爾諾貝利4號反應器的能量輸出從正常功率的3.2千兆瓦特減少至700百萬瓦特。但是，由於實驗開始的延遲時，反應堆控製員太快地減低能量水平，實際功率輸出落到隻有30百萬瓦特。結果，中子吸引而成的裂變產品氙-135增加了（這產品典型地在更大的功率情況下，在一台反應堆中消耗）。力量下落的標度雖是接近由安全章程允許的最大限製，但員工組的管理者選擇不關閉反應堆並繼續實驗。後來，實驗決定“抄捷徑”和隻上升功率輸出到200 百萬瓦特。為了克服剩餘氙-135的中子吸收，遠多於安全章程數量的控製棒由反應堆拔出。在4月26日晚上1點05分，作為實驗一部分，被渦輪發電機推動的水泵起動了；水的流量由於這行動而超出了安全章程的指定。水流量在上午1點19分增加了—因為水也會吸收中子，在水流量的進一步增加需要手工撤除控製棒，導致一個極不穩定和危險操作條件。
淩晨1點23分04秒，實驗開始了。反應堆的不穩定狀態在控製板沒有顯示任何情況，並且看起來所有反應堆員工並未充分地意識到危險。水泵的電力關閉了，並且被渦輪發電機的慣性推動，水流的速度減低了。渦輪從反應堆分離，反應器核心的蒸汽水平增加。因為冷卻劑被加熱，個別的蒸汽在冷卻劑管道形成。在切爾諾貝利的RBMK石墨緩和反應器的特殊設計有一個高正麵空係數，意味著在沒有水時的中子吸收的作用使反應堆的力量迅速地增加，並且在這種情況下，反應堆操作變得逐漸變得不穩定和更加危險。上午1點23分40秒操作員按下了命令“緊急停堆”的AZ-5（“迅速緊急防禦5”）按鈕—所有控製棒的充分的插入，包括之前不小心地拿走的控製棒。這是否作為緊急措施，或隻是簡單地在實驗完成時作為關閉反應堆定期方法，並不清楚（反應堆預定被關閉作為定期維修）。這通常意味著緊急停堆的命令是因為意想不到的迅速力量增量的一個反應。另一方麵，總工程師Anatoly。Dyatlov，在事故時身在切爾諾貝利核電站，他寫在他的書上：
“在1點23分40秒，集中化控製係統之前……沒有登記能辯解緊急停堆的任何參量變動。依照陳述委任……會集和分析很多材料，在它的報告，沒確定原因為什麼命令了緊急停堆。並沒有需要尋找原因。反應堆簡單地在實驗完成時被關閉。”
由於控製棒插入機製（18至20秒的慢速完成），棒的空心部份和冷卻劑的臨時移位，逃走導致反應率增加。增加的能量產品導致了控製棒管道的變形。棒在被插入以後被卡住，隻能進入管道的三分之一，因此無法停止反應。在1點23分47秒，反應堆產量急升至大約30 千兆瓦特，是十倍正常操作的產品。燃料棒開始熔化而蒸汽壓力迅速地增加，導致一場大蒸汽爆炸，使反應器頂部移位和受破壞，冷卻劑管道爆裂並在屋頂炸開一個洞。為了減少費用，和它的體積太大，反應堆以單一保護層方式興建。這令放射性汙染物在主要壓力容器發生蒸汽爆炸而破裂之後進入了大氣。在一部分的屋頂炸毀了之後，氧氣流入---與極端高溫的反應堆燃料和石墨慢化劑被結合—引起了石墨火。這火災令放射性物質擴散和汙染更廣的區域。
由於目擊者的報告和站內紀錄不一致，有一些爭論認為確實的事件是發生在當地時間1點22分30.根據這種理論，第一次爆炸發生了在大約1點23分47秒，操作員在七秒以後命令了“緊急停堆”。
主要損失
1986年4月26日當地時間1點24分，蘇聯的烏克蘭共和國切爾諾貝利（台譯：車諾比，港譯：切爾諾貝爾，俄文：Чорнобиль，英文：obyl）核能發電廠（原本以列寧的名字來命名）發生嚴重泄漏及爆炸事故。事故導致31人當場死亡，上萬人由於放射性物質遠期影響而致命或重病，至今仍有被放射線影響而導致畸形胎兒的出生。這是有史以來最嚴重的核事故。外泄的輻射塵隨著大氣飄散到前蘇聯的西部地區、東歐地區、北歐的斯堪的納維亞半島。烏克蘭、白俄羅斯、俄羅斯受汙染最為嚴重，由於風向的關係，據估計約有60%的放射性物質落在白俄羅斯的土地。此事故引起大眾對於蘇聯的核電廠安全性的關注，事故也間接導致了蘇聯的瓦解。蘇聯瓦解後獨立的國家包括俄羅斯、白俄羅斯及烏克蘭等每年仍然投入經費與人力致力於災難的善後以及居民健康保健。因事故而直接或間接死亡的人數難以估算，且事故後的長期影響到目前為止仍是個未知數。
意外發生後，馬上有203人立即被送往醫院治療，其中31人死亡，當中更有28人死於過量的輻射。死亡的人大部份是消防隊員和救護員，因為他們並不知道意外中含有輻射的危險。為了控製核電輻射塵的擴散，當局立刻派人將135，000人撤離家園，其中約有50，000人是居住在切爾諾貝利附近的普裏皮亞特鎮居民。衛生單位預測在未來的70年間，受到5–12艾貝克輻射而導致癌症的人，比例將會上升2%。另外，已經有10人因為此次意外而受到輻射，並死於癌症。
到2006年，官方的統計結果是，從事發到目前共有4000多人死亡。但是綠色和平組織，基於白俄羅斯國家科學院的數據研究發現，在過去20年間，切爾諾貝利核事故受害者總計達900多萬人，隨時可能死亡。因此，綠色和平組織認為，官方統計的結果比切爾諾貝利核泄漏造成的死亡人數少了至少9萬人，這個數字是官方統計數字的20倍！對於綠色和平組織的“估計”缺乏理論支持。死亡人數：9.3萬人，致癌人數：27萬人，經濟損失：180億盧布
原因分析
關於事故的起因，官方有兩個互相矛盾的解釋。第一個於1986年8月公布，完全把事故的責任推卸給核電站操縱員。第二個則發布於1991年，該解釋認為事故是由於壓力管式石墨慢化沸水反應堆（RBMK）的設計缺陷導致，尤其是控製棒的設計。雙方的調查團都被多方麵遊說，包括反應堆設計者、切爾諾貝利核電站職員及政府在內。
另一個促成事故發生的重要因素是職員並沒有收到關於反應堆問題報告。根據Anatoli Dyatlov—一名職員所述，設計者知道反應堆在某些情況下會出現危險，但蓄意將其隱瞞。這種情況是因為廠房主管基本由不具備RBMK資格的員工組成造成的：廠長V。P。 Bryukhanov，隻具有燃煤發電廠的訓練經曆和工作經驗，基本上是負責政戰的主管，事發半夜演習時並不在場，但主導演習的副廠長是核能專業。他的總工程師Nikolai Fomin亦是來自一個常規能源廠。3號和4號反應堆的副總工程師Anatoli Dyatlov隻有“一些小反應堆的經驗”。
第二個“有缺陷的設計之解釋”是由Valeri Legasov於1991所公布，把事故的原因歸咎於RBMK反應堆設計的缺陷，特別是由於控製棒的缺陷。
反應堆有一個危險的空泡係數(void t)。空泡係數是一種衡量反應堆安全程度的數據，用於測量水冷卻劑中蒸汽汽泡的形成與增加對於反應堆的影響。大部分的反應堆設計會在水溫升高時產生較少的能量。這是因為如果冷卻劑含有蒸汽氣泡，則能被減速的中子數量將會下降。速度快的中子一般不易造成鈾原子的裂變，所以反應堆會產生較少的能量。然而，切爾諾貝利的RBMK反應堆，使用固體石墨當作中子慢化劑來降低中子的速度[8]，且用吸收中子的輕水來冷卻核心。因此盡管水中有蒸汽汽泡產生，仍有大量中子被慢化。此外，因為蒸汽吸收中子不像水那樣的容易，因而增加RBMK反應堆的溫度，就會有更多的中子能夠鈾原子裂變，增加反應堆的能量輸出。這種設計導致RBMK在低功率時非常不穩定，在溫度上升時存在輸出能量在短時間內達到危險水平的傾向。這對於工作人員而言是難以理解和預見的。
在這個係統中更重大的缺陷是控製棒的設計。在控製反應堆時，操縱員通過將控製棒插入反應堆來降低反應速度。在RBMK反應堆的設計中，控製棒的尾端是由石墨組成，延伸部份（在尾端區域超出尾端的部份，大約是一米或三英呎長度）中空且充滿水；而控製棒的其他部份由碳化硼製成，是真正具有吸收中子能力的部分。因為這種設計，當控製棒一開始插入反應堆的時候，石墨端會取代冷卻劑，反而大大地增加了核分裂的反應速度，因為石墨能夠吸收的中子比沸騰的輕水少。因此一開始插入控製棒的前幾秒鍾，反應堆的輸出功率反而會增加，而不是預期的降低功率。反應堆操縱員對於這一特點也不知曉，且無法預見。
水的管道垂直地穿過堆芯，當水溫增加時水位將會上升，在核心之中產生溫度的梯度效應。如果在頂端的部份已經完全地變為蒸汽，則效應會更惡化。因為頂端部份此時已無法被足夠冷卻，且反應會明顯增強（相反地，DU反應堆設計中，水的管道水平地穿過核心，相鄰的管道則是相反方向的流向，因此核心部分的水溫變化較小）。
因為反應堆有巨大的體積，所以，為了降低成本，建造電廠時反應堆周圍並沒有建築任何作為屏障用的安全殼。這使得蒸汽爆炸造成反應堆破損後，放射性汙染物得以直接進入環境之中。
反應堆已經持續運轉超過一年以上，儲存了核裂變的副產物。這些副產物增強了不受控製的反應，使事故更難以控製。
當反應堆溫度過熱，設計的缺陷使得反應堆容器變形、扭曲和破裂，使得插入更多的控製棒變得不可能。
值得注意的一點是操縱員閉鎖了許多反應堆的安全保護係統——除非安全保護係統發生故障，否則是技術規範所禁止的。