驗證示範階段
1942年12月美國在芝加哥大學建成世界上第一座核反應堆，證明了實現受控核裂變鏈式反應的可能性。但當時正處於第二次世界大戰期間，核能主要為軍用服務。美國、蘇聯、英國和法國，配合核子彈的發展，先後建成了一批鈽生產堆，隨後開發了潛艇推進動力堆。
從50年代初開始，美、蘇、英、法等國把核能部分地轉向民用，利用已有的軍用核技術，開發建造以發電為目的的反應堆，從而進入核電驗證示範的階段。美國在潛艇動力堆的技術基礎上，於1957年12月建成希平港(Shippingport)壓水堆核電廠，於1960年7月建成德勒斯登(Dresden-1)沸水堆核電廠，為輕水堆核電的發展開闢了道路。英國於1956年10月建成卡爾德霍爾(Calder Hall A)產鈽、發電兩用的石墨氣冷堆核電廠。蘇聯於1954年建成奧布寧斯克(APS-1)壓力管式石墨水冷堆核電廠後，於1964年建成新沃羅涅日壓水堆核電廠。加拿大於1962年建成NPD天然鈾重水堆核電廠。這些核電廠顯示出比較成熟的技術和低廉的發電成本，為核電的商用推廣打下了基礎。
高速發展階段
60年代末70年代初，各工業已開發國家的經濟處於上升時期，電力需求以十年翻了一番的速度迅速增長。各國出於對化石燃料資源供應的擔心，寄希望於核電。美、蘇、英、法等國都制訂了龐大的核電發展計畫。後起的聯邦德國和日本，也擠進了發展核電的行列。一些開發中國家，如印度、阿根廷、巴西等，則以購買成套設備的方式開始進行核電廠建設。
美國輕水堆核電的經濟性得到驗證之後，首先形成核電廠建設的第一個高潮， 1967年核電廠訂貨達到25.6GW；從1969年開始，美國核電總裝機容量超過英國，居世界第一位，1973年美國核電總裝機容量占世界的2/3。1973年世界第一位石油危機後，為擺脫對中東石油的依賴，形成了第二個核電廠建設高潮。1973、1974兩年，共訂貨66.9GW，核電設備製造能力達到每年25~30GW。美國還通過出口輕水堆技術和開放分離功市場，使輕水堆成為世界核電廠建設的主導堆型。
在核電大發展的形勢下，美、英、法、聯邦德國等國還積極開發了快中子增殖堆和高溫氣冷堆，建成一批實驗堆和原型堆。
滯緩發展階段
1979年世界發生了第二次石油危機。在這以後，各國經濟發展速度迅速減緩，加上大規模的節能措施和產業結構調整，電力需求增長率大幅度下降。1980年僅增長1.7%，1982年下降了2.3%。許多新的核電廠建設項目被停止或推遲，訂貨契約被取消。例如1983年以前美國共取消了108台核電機組以及幾十台火電機組的契約。
1979年3月美國發生了三里島核電廠事故， 1986年4月蘇聯發生了車諾比核電廠事故，對世界核電的發展產生重大影響，公眾接受問題成為核電發展的障礙之一，有一些國家如瑞士、義大利、奧地利等已暫時停止發展核電。
為保證核電的安全性，美國在三里島事故後所採取的提高安全性的措施，使核電廠建設工期拖長，投資增加，核電廠的經濟競爭力下降，特別是投資風險的不確定性阻滯了核電的繼續發展。
從80年代末到90年代初開始，各核工業已開發國家積極為核電的復甦而努力，著手制訂以更安全、更經濟為目標的設計標準規範。美國率先制訂了先進輕水堆的電力公司要求檔案(Utility Requirements Document，URD)，同時理順核電廠安全審批程式。西歐國家制訂了歐洲的電力公司要求檔案(EUR)，日本、韓國也在制訂類似的檔案(分別為JURD和KURD)。這些檔案的基本思想和原則都是一致的。各核電設備供應廠商通用電氣按URD的要求進行了更安全、更經濟輕水堆型的開發研究，美國通用電氣公司同日本東芝公司、日立公司聯合開發了改良型沸水堆ABWR，美國ABB-CE開發了改良型壓水堆系統80+，美國西屋公司開發了非能動安全型壓水堆AP-600，法國法馬通公司和德國西門子公司聯合開發了改良型歐洲壓水堆EPR等，其中ABWR、系統80+和AP-600已獲得美國核監管委員會(USNRC)的最終設計批准書(final design approval，FDA)，並有兩台ABWR機組在日本建成投產，運行情況良好。另有四台ABWR機組正分別在日本(兩台)和中國台灣(兩台)建造。與此同時，一些開發中國家也繼續堅持發展核電。中國大陸在90年代初建成三台機組，目前在建的有8台。中國還在幫助巴基斯坦建造300MW的恰希馬壓水堆核電廠。此外，印度、巴西、伊朗等國也在建設核電廠。1998年底在建的36台核電機組中大部分屬於開發中國家。
美國的核電發展
美國原子能委員會在1951年規定，要在優先發展軍用生產堆和動力堆的條件下，發展民用發電堆。1953年5月原子能委員會給國會兩院提出報告，美國應在民用核能方面保持世界領先地位。1954年艾森豪政府向國會提出修改原子能法，允許私營企業取得反應堆所有權，但核燃料仍歸政府掌握，允許私人使用。在此政策指引下，美國政府與私營企業簽訂契約，建設了第一批實驗驗證性核電廠。這個時期的核電發展，由美國政府負責研究開發及核島的建設和運行，私營企業僅負責廠址準備和常規島建設。契約期滿後，由原子能委員會負責拆除退役，核電廠的風險絕大部分由政府承擔。1957年9月頒布的普賴斯-安德生法案又規定，一旦發生核事故，全部賠償金額限於5.6億美元，其中由政府承擔5億美元，進一步推進了核電的發展。1962年美國原子能委員會向甘迺迪總統建議：認為核電經濟性已優於常規火電，發展核電可為電力供應節約大量資金，並提出了一系列的政策，包括核燃料私有。該建議在1964年原子能法的再次修改中被採納。在核電技術趨於成熟時，為占領核電的國際市場，60年代末美國政府批准低富集鈾的出口，把美國的輕水堆推向世界。70年代後期，美國的核電發展轉入低潮，1978年以後沒有任何核電廠訂貨。
關於快中子增殖堆的研究發展，1971年6月尼克森總統宣布要在1980年建成快中子商用示範性克林奇河核電廠。1977年4月卡特總統以防止核擴散為由，提出了限制核電發展的政策，決定停止克林奇河快中子堆核電廠的建設和燃料後處理技術的開發。
蘇聯(俄羅斯)的核電發展
蘇聯在軍用石墨水冷型生產堆的基礎上，開發建設了一批石墨水冷堆核電廠，最大機組容量達1500MW。又在軍用潛艇動力堆的基礎上，開發了具有蘇聯特點的壓水堆核電廠，有440MW(WWER-440)和1000MW(WWER-1000)兩個級別的機組，不僅在國內建造，還出口到東歐各國和芬蘭。
蘇聯國家計畫委員會於60年代提出了能源發展政策，決定在烏拉爾山以西地區不再建造常規火電廠，只建造核電廠。同時考慮到天然鈾資源的長期持續穩定供應問題，決定大力開發快中子增殖堆核電廠。蘇聯成為快中子增殖堆技術最先進的國家之一。70年代建成的原型快堆BN-350和示範快堆BN-600，至今仍在運行，都取得了很好的成績。
蘇聯在發展核電過程中缺乏國際交流。特別是車諾比核電廠，由於缺乏安全意識，基本安全原則和裝置設計有缺陷，於1986年釀成災難性事故，其後果遠遠超越了國界。在車諾比核事故之後積極採取措施改進安全性，其中包括建立獨立於核工業的國家核安全監管機構，實施質量保證制度，加強同西方國家交流經驗，以及爭取國際機構和西方國家的支援。
在蘇聯解體以後，俄羅斯的核工業體制進行了重組，把一些原來在烏克蘭等國生產的設備，逐步轉到俄羅斯的工廠生產。隨著世界各國向更安全、更經濟的新一代堆型發展，俄羅斯也積極進行新堆型的開發，如百萬千瓦級WWER-1000機組的改良型V-428型和WWER-640型中型核電機組。
英國的核電發展
英國在1956年10月建成卡爾德霍爾產鈽、發電兩用石墨氣冷堆核電廠之後，陸續建設了一批石墨氣冷堆核電廠，因利用鎂合金作包殼，稱為鎂諾克斯反應堆(MGR)。英國曾一度是世界上核電總裝機容量最大的國家。
70年代美國輕水堆占領國際市場後，英國的石墨氣冷堆很難同美國的輕水堆相競爭，為提高機組的經濟性，研究開發了改進氣冷堆(AGR)，但仍不能同美國輕水堆相競爭，終於未能打進國際市場。
英國也重視其他堆型的發展，曾建設了一座高溫氣冷堆(Dragon)，一座實驗快堆(DFR)和一座原型快堆(PFR)。
英國核電發展長期處於低潮的主要原因：一是在北海發現了大型油田，能源問題得到緩解，對核電的需求不迫切；二是英國在核能發展上實行國家所有制，主管核能開發的國家原子能局UKAEA和經營核電廠的國家電力局CEGB和SEGB未能及早下決心放棄石墨氣冷堆的技術路線。直到80年代後期才決定引進美國技術，建造壓水堆核電廠(Sizewell-B)，已比法國晚了20年。
法國的核電發展
法國早期發展核電的路線大體上同英國類似，採用石墨氣冷堆。所不同的是，當英國進行批量化建設時，法國注意了每建一座都有所改進，因此在技術上比英國進步快。
60年代末，石墨氣冷堆難於同美國輕水堆競爭的問題一出現，法國政府就十分重視，組織論證，由蓬皮杜總統做出決策，改為發展壓水堆，從美國引進技術，消化吸收，建立自己的壓水堆設備製造工業體系。法馬通公司就是這時由法國同美國西屋公司合資成立的，後來變成為法國的獨資公司。法國此時已解決了富集鈾的大量生產問題，因此法國政府決定實施標準化、批量化建設方針，制訂了一個每年投產七台百萬千瓦級壓水堆機組的龐大的核電發展規劃，取得了很好的經濟效益。法國建造核電廠的比投資是世界上最便宜的，發電成本也低於火電。由於經濟上的優越性，促使核電替代火電取得成功，到1998年核發電量已占全國總發電量的76%。
加拿大的核電發展
加拿大發展核電起步較早，在50年代即開始了重水慢化、冷卻的天然鈾動力堆的開發。1962年，第一座實驗堆NPD(22MW)投入運行。1967年，第一座原型堆道格拉斯角(Douglas Point，208MW)建成投產。加拿大重水堆的特點是使用天然鈾燃料，採用燃料管道承壓的獨特結構，實行不停堆換料，稱作坎杜(CANDU，由Canada，Deuterium和Uranium三字縮成)型。
在原型堆運行成功後，加拿大開展了較大規模商用坎杜堆的建造工作，於1971~1973年先後建成皮克靈(Pickering)核電廠的4台515MW的機組。在此基礎上經過改進，在1976~1979年陸續建成布魯斯(Bruce)核電廠的4台848MW的機組。80年代以後，加拿大在本國又先後建造了14台坎杜型機組。自80年代至90年代初，加拿大原子能公司(AECL)採用計算機控制等先進技術，不斷改進、完善設計，使得CANDU-6型成為當前世界上技術比較成熟的核電廠之一。
加拿大的坎杜型重水堆對開發中國家頗具吸引力，因為：①大型設備較少，便於實現國產化，減少對外國的依賴；②使用天然鈾燃料，容易取得；③不停堆換料提高了電廠可利用率，使核電廠有良好的經濟性。所以在70年代初即向巴基斯坦和印度出口，隨後陸續又向韓國、阿根廷、羅馬尼亞出口7台機組。中國秦山三期核電廠兩台728MW的機組也採用CANDU-6型，將於2003年投產。
日本的核電發展
同美、蘇、英、法相比，日本在發展核電方面是個後起的國家。由於日本能源資源缺乏，工業發展較快，能源的持續穩定供應是日本政府最關注的問題之一。日本政府認為由於核燃料便於儲備，核電可視作“半國產的能源”，有助於減少石油的進口，對實現能源多樣化、克服脆弱的能源供應結構有重要作用。因此日本政府一貫積極推進發展核電，70年代石油危機之後也並未因世界核電發展進入低潮而動搖。
日本第一座商用核電廠(166MW的東海村)是從英國進口的石墨氣冷堆核電廠(1966年投產，1998年關閉)。後來改為採用美國的輕水堆。有四家電力公司採用壓水堆，五家電力公司採用沸水堆。由日本的設備製造廠商三菱公司同美國西屋公司合作掌握了壓水堆核電技術，東芝公司和日立公司同美國通用電氣公用合作掌握了沸水堆核電技術。
在新一代更安全更經濟的堆型開發上，日本在同美國合作中發揮更大作用。標準化的1350MW先進壓水堆APWR於1990年完成設計工作。標準化的先進沸水堆ABWR在柏崎·刈羽核電廠6號、7號機組中被採用，於1991年訂貨，1997~1998年建成投產，是世界上最早建成的滿足電力公司要求檔案的新一代堆型。
為解決核燃料的長期穩定供應問題，日本政府還積極支持快中子增殖堆技術的開發，先後建成常陽(Joyo)快中子實驗堆和文殊(Monju)快中子原型堆。為研究鈽的再循環利用，建成了一座普賢(Fugen)先進轉化堆ATR。
中國的核電發展
中國為了打破超級大國的核壟斷，保衛世界和平，從50年代後期即著手發展核武器，並很快掌握了核子彈、氫彈和核潛艇技術。中國掌握的石墨水冷生產堆和潛艇壓水動力堆技術為中國核電的發展奠定了基礎。80年代初期，中國政府制訂了發展核電的技術路線和技術政策，決定發展壓水堆核電廠。採用“以我為主，中外合作”的方針，引進外國先進技術，逐步實現設計自主化和設備國產化。
自主設計建造的秦山核電廠300MW壓水堆核電機組，於1991年底併網發電，1994年4月投入商業運行。同香港合資，從外國進口成套設備建造的廣東大亞灣核電廠，兩台930MW壓水堆機組，分別於1994年2月1日和5月4日投入商業運行。
目前正在建設4座核電廠8台機組。秦山二期核電廠兩台600MW壓水堆機組按自主設計、自主管理方式建設。嶺澳核電廠兩台1000MW壓水堆機組按大亞灣核電廠方式建設，改為完全由中方自主管理，請外商當顧問，提高了設備國產化的比例。秦山三期核電廠兩台700MW坎杜型重水堆機組由加拿大原子能公司按交鑰匙方式總承包建設。田灣核電廠兩台WWER-1000(V-428型)壓水堆機組從俄羅斯進口成套設備。以上各機組計畫於2003年至2005年建成。
中國台灣現有三座核電廠6台機組，其中4台是沸水堆，2台是壓水堆，總裝機容量為4884MW，都是引進美國技術建造的。正在建設的第四座核電廠，兩台機組都採用美國通用電氣公司同日本東芝、日立公司聯合開發的先進沸水堆(ABWR)，裝機容量為1300MW。
