Кинетическая энергия осколков составляет большую часть энергии, выделяющейся при делении ядер урана или плутония в активной зоне ядерного реактора. Эта энергия приводит прежде всего к разогреву
ядерного топлива. Следовательно, энергия деления ядер — это тепловая энергия, которая может быть отведена от активной зоны реактора с помощью теплоносителя и либо использована непосредственно в виде теплоты, либо преобразована в электроэнергию посредством термодинамических процессов.    
Почти все ядерные реакторы строятся с расчетом их использования на АЭС. Современные АЭС в основном состоят из энергоблоков мощностью 1,0 — 1,3 ГВт(эл.) и работают в базовом режиме нагрузки. На АЭС  с легководными  реакторами используется насыщенный пар при
 
температуре около 300 С и давлении 7 МПа (термический КПД 30 — 33%). На АЭС с новыми типами реакторов используется перегретый пар при температуре больше 500 °С и давлении 16 МПа (термический КПД 40%). Электроэнергия широко применяется в промышленности, на транспорте и в коммунально-бытовом секторе. Доля электроэнергии в суммарном энергопотреблении со временем будет увеличиваться. В частности, более важное значение может приобрести использование электроэнергии Для отопления.
Хотя сейчас в ядерной энергетике преобладают АЭС, в дальнейшем вполне возможно непосредственное использование ядерных источников, особенно если учесть необходимость замены таких первичных источников энергии, как нефть и газ. В принципе, отработавшая теплота АЭС, как и теплота ТЭЦ, может быть использована для отопления зданий. Оптимальное использование ядерной энергии будет достигнуто на двуцелевых станциях, где пар сначала будет срабатываться в турбине для производства электроэнергии, а потом частично или полностью будет использоваться для теплоснабжения. Получение как электроэнергии, так и теплоты на АЭС не только увеличивает термический КПД до 75 - 85%, но и весьма выгодно с экономической точки зрения.
Поскольку на АЭС по экономическим соображениям используют энергоблоки большой единичной мощности и ввиду нецелесообразности
 
дальней транспортировки теплоты, сооружение АТЭЦ экономически целесообразно только в районах с большими и сконцентрированными потребителями теплоты. Впервые такие атомные станции были применены в СССР, а также в других странах для теплоснабжения городов.
Основная часть промышленной теплоты вырабатывается с температурой 200 — 400 °С, особенно в химической промышленности. Для производства такой теплоты могут быть использованы двуцелевые атомные станции. Еще одна область применения атомных станций — это опреснение морской воды. Мировые потребности в пресной воде увеличиваются пропорционально увеличению энергетических потребностей. Во многих развитых странах такой источник пресной воды будет крайне необходим. Двуцелевая опреснительная атомная станция будет еще более экономичной, так как необходимая для отопления температура пара (150 °С) вполне достаточна также и для опреснения воды. Высокие капиталовложения для реакторов-опреснителей сейчас препятствуют их широкому развитию. В настоящее время в СССР работает единственная в мире опреснительная станция с реактором БН-350 в г. Шевченко на Каспийском море.