Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị được dùng để khởi động, duy trì và kiểm soát phản ứng hạt nhân. Trong thực tế có hai loại lò chính.
Lò phản ứng hạt nhân phát sinh năng lượng nhiệt là loại lò được dùng để tạo ra nhiệt lượng từ phản ứng hạt nhân diễn ra ở vùng lõi (vùng hoạt) của lò. Đây là loại phổ biến nhất, đến mức "lò phản ứng hạt nhân" thường được hiểu là loại này. Lò phản ứng hạt nhân dùng trong nghiên cứu khoa học hoặc chế tạo đồng vị. Các cơ sở sản xuất đồng vị phóng xạ tiến hành phản ứng hạt nhân trong loại lò này rồi đem tách chiết ra những đồng vị phóng xạ khác nhau và cung cấp cho các cơ sở nghiên cứu khoa học, đo lường, y tế,... Tại Việt Nam hiện có 1 lò nghiên cứu kiểu IVV-9, đặt tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt. Các lò phát năng lượng đang trong kế hoạch xây dựng tại các nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận. Nhiên liệu hạt nhân là các đồng vị có khả năng thực hiện phản ứng hạt nhân sinh nhiệt. Trong ứng dụng thực tế hiện nay chỉ có urani 235, urani 233 và plutoni 239 là đồng vị có khả năng xảy ra phản ứng phân hạch hạt nhân kiểm soát được để tạo phản ứng dây chuyền. Phản ứng tổng hợp deuteri→heli sinh nhiệt cao, nhưng chưa kiểm soát được. Lò phản ứng hạt nhân phát nhiệt thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho nhà máy phát điện, và một số tàu ngầm, tàu sân bay, tàu phá băng,... Điều này thường thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt từ phản ứng hạt nhân để sinh hơi nước làm quay tuốc bin hơi nước. Trong tự nhiên tại các mỏ urani các điều kiện sinh quặng có thể ngẫu nhiên tạo ra vùng nhất định trong tầng quặng urani có hàm lượng đủ giàu và khối lượng đủ lớn để phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì xảy ra, tạo ra lò phản ứng phân hạch hạt nhân tự nhiên. Điều này đã xảy ra ở mỏ urani Oklo tại nước Gabon vùng trung châu Phi hồi 1,7 tỷ năm trước đây. Phản ứng dây chuyền hạt nhân đã duy trì trong một vài trăm ngàn năm, đến khi hàm lượng Urani 235 giảm xuống dưới mức khả dĩ để duy trì phản ứng .