核电厂和煤电厂的发电原理基本相同，他们的区别主要有四个方面：
核电厂是依靠燃烧化石燃料（煤）释放的化学能制造蒸汽，而核电厂则依靠核燃料（通常是铀）的核裂变反应释放的核能来制造蒸汽。
煤电厂制造蒸汽的设备是蒸汽锅炉，而核电厂则依靠一个严格密封的压力容器，把核反应释放的热能通过热交换器制造蒸汽，用核锅炉代替了蒸汽锅炉。
从消耗成本来说，在一般情况下，核电的建设成本高于煤电，但是发电成本低于煤电，尤其是燃料成本远低于煤电，如下表：
在相同功率的情况下，核电厂几乎没有产生排放物。以中广核阳江核电站为例：该站6台百万千瓦的核电机组全部建成后年发电量480亿千瓦时左右，与同等规模的煤电相比，每年可减少标煤消耗1560万吨，减少二氧化碳排放3828万吨，减少二氧化硫排放37万吨，减少氮氧化物排放24万吨，相当于造林10万公顷。
另外，核电厂放射性流出物排放对公众产生的辐射剂量也要小得多。
其次，就产业链而言，2011年中国工程院开展了对不同发电能源链温室气体排放的研究项目，主要结果如下图：
单位：g-CO2/kWh
核电链是各种发电电源中温室气体排放最低的电源类型之一。
