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원전 핵심기술은 설계·제조·건설·운전·유지 보수 및 해체를 위해 필요한 기술이다. 원전 설계의 핵심기술은 해석체계구축 기술과 안전성 확보 설계기술을 들 수 있다.

원전설계 해석체계구축 기술은 원자로 노심 설계에 필요한 전산코드, 열·유체 설계코드, 차폐설계 코드, 기계설계 코드 및 안전해석 코드 체계구축 기술 등이며, 안전성 확보 설계기술은 다중 방벽(Multiple Barrier) 설치, 단일고장 사고기준(Single Failure Criteria) 적용, 공통 원인고장(Common Mode Failure) 배제 기술을 들 수 있다.

최근에는 안전성 확보개념이 확장되어 확률론적 안전성평가, 중대사고 분석, 대처설비 설계 및 관리, 극한 외부사건(Extreme External Hazard)을 고려한 중대사고 방지 기술과 방사성 물질 누출 확률 최소화를 위한 중대사고 완화 기술개발로 확대되고 있다.

원전의 기기 제조와 관련된 핵심기술은 핵연료 제조기술, 주기기 설비 제작기술, 터빈 발전기 제작기술, 사용후핵연료 운반 및 저장용기 제작기술, 원전계측제어설비 제작기술 등이 있다.

핵연료 제조기술은 1980년 대에 한국원자력연구원이 개발하여 현재 우리나라에서 운영되고 있는 모든 원자력발전소에는 한전원자력연료(주)에서 제작하여 공급되고 있다. 또한, 개량 핵연료 및 차세대 원자로용 핵연료 제조기술은 한국원자력연구원에서 개발중이다.

우리나라의 표준원자력발전소인 OPR1000 및 APR1400에 들어가는 주기기 설비, 터빈 발전기, 사용후핵연료 운반 및 저장용기, 원전계측제어설비에 대한 제작 기술개발이 완료되어 국내기업이 자체 제작하여 공급하고 있다.

최첨단 원전 건설공법으로서는 모듈형 건설기술을 들 수 있는데 건설기간의 단축은 원전의 경제성 향상에 크게 기여한다. 원전의 운전, 유지 및 보수와 관련된 핵심기술은 사용후핵연료 처리기술과 방사성폐기물 처리기술을 들 수 있다.

원전의 부지 내에 저장 중인 사용후핵연료를 재처리하여 차세대 원자로의 핵연료로 사용하는 기술을 개발 중이다. 방사성폐기물 처리기술은 시멘트고화방법, 저압압축방법, 파라핀고화방법, 고압압축방법, 폐수지의 건조 및 포장방법, 열분해 기술을 이용한 유리화고화방법 및 폴리머고화방법 등이 사용되고 있다.

원전 해체기술은 수명을 다한 원자력 발전소를 완전히 분해하여 폐기물과 시설을 처리하고 그 자리를 일상의 공간으로 되돌리는 기술이다. 원전 해체는 영구정지-해체준비-제염-절단·절거-폐기물처리-환경복원의 6단계로 진행되며 최소 15년 이상 소요된다.

우리나라는 트리가마크 2와 3의 연구용 원자로를 해체한 경험이 있으며 고리 원자력발전소 1호기를 2017년 영구정지 시키고, 2022년 6월까지 해체 계획을 세운 뒤 해체하기로 결정하였다.