Bestimmte Atomkerne lassen sich durch einen Zusammenstoß mit heranfliegenden Neutronen spalten. Sie zerfallen dabei in Bruchstücke anderer Elementkerne, Neutronen werden frei und Strahlung verschiedener Art entsteht. Die freiwerdenden Neutronen können für weitere Spaltungen genutzt werden, die Kettenreaktion findet statt.
Die Bruchstücke und die Neutronen werden im sie umgebenden Medium (Kühlmittel) abgebremst und geben dabei ihre hohe Bewegungsenergie in Form von Wärme ab. Diese Wärme wird zur Erzeugung von Dampf hoher Temperatur und Druck genutzt, der in Turbinen expandiert, die elektische Generatoren antreiben.

Nicht alle Uranisotope sind durch Neutronenbeschuß spaltbar. In den in der Bundesrepublik Deutschland in Betrieb befindlichen Kernkraftwerken nutzt man abgebremste, also moderierte (auch thermische) Neutronen zur Spaltung des Uranisotops U-235. Dieses kommt im Natur-Uran nur zu 0,7% vor und muß daher vor dem Einsatz in Brennelementen auf bis zu 4,5% angereichert werden (siehe dazu www.urananreicherung.de). Ungebremste Neutronen sind nicht in der Lage, das Uranisotop U-235 zu spalten, hier ist ein Moderator erforderlich, um die Bewegungsenergie der Neutronen zu reduzieren. Sinnvollerweise eignet sich hierzu besonders Wasser. Da es auch noch der Stoff mit der höchsten Wärmekapazität (Wärmespeicherungsfähigkeit) von 4 kJ/kg K ist, bietet es sich sowohl als Moderator als auch als Kühlmittel in Kernkraftwerken an.

In Schnellen Brutreaktoren befindet sich also kein Moderator, der die bei einer Spaltung entstandenen Neutronen abbremsen kann, um möglichst viele schnelle Neutronen zur Erbrütung von spaltbarnem Plutonium zur Verfügung zu haben. So entsteht die Möglichkeit, weit mehr Uran zur Kernspaltung zu nutzen, als es bisher in deutschen Leichtwasserreaktoren (siehe dazu www.leichwasserreaktor.de) möglich war.

Das spaltbare Plutonium kann in Wiederaufbereitungsanlagen aus den Brenn- und Brutelementen des Schnellen Brüters gewonnen und in Mischoxid-Brennelementen (MOx-Brennelemente aus Urandioxid und Plutoniumdioxid) auch in Leichtwasserreaktoren eingesetzt werden. Dies bedingt aber die Zusammenarbeit von Schnellen Brutreaktoren mit Wiederaufbereitungsanlagen, um eine nachhaltige Brennstoffausnutzung zu ermöglichen.