Sähköntuotantoprosessi aloitetaan käyttämällä polttoaineena uraania. Uraani on raskas ja heikosti radioaktiivinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on U ja järjestysluku 92. Luonnossa uraani koostuu kolmesta isotoopista. Ne ovat 238U (99,28 %), 235U (0,71 %) ja 234U (0,005 %). Vain isotoopin 235U atomiytimillä on luontainen kyky fissioon, kun niitä pommitetaan neutroneilla.
Uraanin tuottaminen polttoaineeksi on monivaiheinen prosessi. Luonnonvaraista uraania kaivetaan kallioperästä ja rikastetaan samalla tavalla kuin malmeja. Uraanirikaste muunnetaan kaasumaiseen muotoon ja sitä väkevöidään erityisissä väkevöintilaitoksissa, jotta 235U-osuutta voidaan lisätä. Se muunnetaan kiinteäksi uraanioksidiksi ja puristetaan sitten polttoainetableteiksi. Tabletit pakataan polttoainesauvoihin, jotka kootaan reaktoreissa käytettäviksi polttoainepanoksiksi.
Polttoainesauvoilla saadaan aikaan ydinfissioreaktio, jossa raskas atomi jakautuu kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi atomiytimeksi vapaan neutronin osuessa siihen. Reaktiossa vapautuu myös 2–3 neutronia, jotka voivat aiheuttaa uusia fissioita ja saada aikaan ketjureaktion.
Painevesireaktorissa (PWR, Pressurised Water Reactor), kuten Loviisan voimalaitosyksiköt, paine on tyypillisesti 120-160 bar. Korkea paine estää reaktorisydämen läpi virtaavan fissioreaktiossa vapautuvan energian kuumentaman veden kiehumisen reaktoripainesäiliössä. Painevesilaitoksessa on kaksi erillistä kiertopiiriä, primääripiiri, jossa kiertää reaktorisydämen läpi pumpattava vesi, ja sekundääripiiri, jossa turbiinille johdettava höyry tuotetaan.
Energia siirtyy reaktorista primääripiirin paineistetun 300-330 °C:seen lämmenneen veden mukana erillisiin höyrystimiin, joissa energia siirtyy sekundääripiirin veteen, joka höyrystyy. Kehittynyt höyry (260-295 °C ja 45-78 bar) johdetaan turbiinille. Höyrystimissä jäähtynyt primääripiirin vesi pumpataan puolestaan takaisin reaktoripainesäiliöön.
Turbiinin jälkeen höyry johdetaan lauhduttimiin, joissa se tiivistyy takaisin vedeksi kylmän meriveden jäähdyttämänä. Painevesilaitoksessa vesi pumpataan lauhduttimista takaisin höyrystimiin. Jäähdytyksessä käytetty merivesi johdetaan lämmenneenä takaisin mereen. Painevesilaitoksen periaatteellinen toimintakaavio on esitetty alla.