رآکتور هسته‌ای یا واکنشگاه هسته‌ای دستگاهی است که برای انجام واکنش‌های هسته‌ای به‌صورت کنترل‌شده و تنظیم‌شده طراحی می‌شود. این دستگاه در مقیاس‌های گوناگون، از اندازه‌های آزمایشگاهی برای تولید ایزوتوپ‌های پرتوزا و پرتوداروهای مورد نیاز در حوزه‌های پزشکی و پژوهشی، تا اندازه‌های صنعتی برای تولید انرژی الکتریکی، ساخته و به‌کار گرفته می‌شود. اولین نمونه از دستیابی به انرژی کنترل‌شده حاصل از شکافت هسته‌ای در دسامبر ۱۹۴۲ و تحت رهبری انریکو فرمی محقق شد. در آن زمان، یک پیل هسته‌ای متشکل از بلوک‌های گرافیتی، اورانیوم و اکسید اورانیوم، با موفقیت در زیر زمین ورزشگاه دانشگاه شیکاگو راه‌اندازی گردید.
سوخت مورد استفاده در رآکتورهای هسته‌ای باید قابلیت شکافت‌پذیری ناشی از برخورد نوترون را دارا باشد. از جمله نوکلیدهای شکافت‌پذیر متداول می‌توان به اورانیوم-۲۳۵، اورانیوم-۲۳۸، اورانیوم-۲۳۳، پلوتونیوم-۲۳۹ و توریوم-۲۳۲ اشاره کرد. برخی از این نوکلیدها با نوترون‌های حرارتی و برخی دیگر با نوترون‌های سریع واکنش شکافت را انجام می‌دهند و همین ویژگی، مبنای دسته‌بندی انواع رآکتورها محسوب می‌شود. علاوه بر قابلیت شکافت، سوخت هسته‌ای باید دارای ویژگی‌های دیگری از جمله استحکام مکانیکی، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر تخریب پرتویی باشد تا در شرایط سخت فیزیکی و شیمیایی درون رآکتور پایدار بماند.
همچنین هدایت حرارتی بالا برای انتقال مؤثر گرما، امکان تولید و فرآوری به‌صرفه، هزینه نسبتاً مناسب و ایمنی شیمیایی از دیگر معیارهای ضروری در انتخاب سوخت رآکتورهای هسته‌ای به‌شمار می‌روند. رعایت این مشخصات، عملکرد مطمئن، پایدار و اقتصادی رآکتور را در بلندمدت تضمین می‌کند.