核能的反对者说，核反应堆的一个主要缺点就是它面临着核事故和恐怖分子袭击的威胁，这样的话大量平民都会受到辐射线的照射。
核能的支持者说，在一个设计得很好的反应堆中，核泄漏的风险是非常小的，因为它的安全系统经过了精心的设计，并且核工业将核事故看得很严重，对它的关心程度远比煤电厂和水电厂高。在大面积的范围内造成了灾难的切尔诺贝利核电站，实际上是结合了很危险的RBMK反应堆，安全壳建筑物的缺乏，不精心的保养和安全规章的缺失的这样一种产物。与西方使用的几乎所有核反应堆不同的是，RBMK型反应堆的空隙率很高，这意味着一个零部件的失灵就会使反应堆产生越来越多的热和射线，直到反应堆破裂为止。即使是在三哩岛核泄漏事故这个苏联之外最严重的民用核设施的事故中，压力容器和安全壳建筑物也没有破裂，只是核反应堆的核心熔毁，向自然界释放出了非常少量的射线（比生物圈放出的射线都要少）。
科学家们正在尝试着改变核反应堆的设计，他们希望能通过这样来减少核裂变反应堆出事故的风险；自动化和被动安全式的反应堆也正在研究中。未来可能出现的核聚变反应堆在理论上出事的风险是非常小的，因为反应堆中的核燃料只够反应约一分钟时间，但是核裂变反应堆中储藏的是够用一年的核燃料。次临界反应堆中从来不储藏任何核燃料。
核能的反对者说他们担心核废料得不到足够的防护，在恐怖分子袭击时，这些核废料可能会泄漏出来。他们引用了1999年发生在俄罗斯的一件事：几名工人在贩卖5克放射性物质时被抓获，他们还引用了1993年同样发生在俄罗斯的一件事：警方抓获了正在贩卖4.5克浓缩铀的工人。从那以后，联合国就开始努力让世界各大国改善核设施的安全防护，从而阻止放射性物质落入恐怖分子之手。有时为了保护运输核材料的货船会出动几千名警察。其它能源的有关设施，比如说水电厂和天然气运输船，更容易受到事故和袭击的威胁。但是，核能的支持者说核废料已经得到了很好的防护，并且他们还说在全世界范围内没有一起民用核设施的事故与核废料有关。他们还指出，美国核管理委员会和其它一些机构对核反应堆和核废料储藏设施强度的大量测试表明，它们可以承受与911袭击事件规模大致相等的恐怖袭击。用完的核燃料通常位于核电站的“保护区”或用后核燃料的海运容器；偷取它来制作炸弹是极难的。用后的核燃料释放出的射线足以快速地将任何接近它的恐怖分子杀死。
根据美国核管理委员会的研究，美国境内已经有20个州要求居住在核反应堆周围10英里内的居民在家中储藏碘化钾，这在严重的核事故发生时（虽然可能性非常小）是非常有用的。 人类接触到的大多数辐射都属于自然界的背景辐射。背景辐射之外的那一部分，绝大多数都与医疗有关。一些覆盖了美国，加拿大和欧洲的大规模研究没有发现任何表明居住在核反应堆周围的居民癌症死亡率升高了的证据。举例来说，1990年，美国国立卫生研究院中的美国国家癌症研究所 (NCI)宣称，在对16种癌症的死亡率进行了一项大规模研究后，他们认为居住在美国62座核电站周围的居民癌症死亡率并不比其它地方高。这项研究同时发现，在新建了一座核电站后，当地儿童的白血病死亡率也没有增长。这项研究是美国国家癌症研究所进行的规模最大的对癌症的研究，它一共在核电站周围的居民中调查了900000个因癌症而死的人。
除了切尔诺贝利核事故的直接影响外，在乌克兰和白俄罗斯的一些地方，土壤也含有放射性。由于这个原因，一个疏散区在切尔诺贝利核电站周围被划定了。
在2006年3月，安全检查发现，美国境内的一些核电站一直有受了氚污染的水泄漏到土壤里。（被核电站排放出来的水会通过废水管道流进河里，这时的废水已经达到了排放标准。但是，通过向土壤中排放，只有很少量的氚进入了饮用水供应系统。）伊利诺伊州的司法部长说，她要以六处这样的泄漏为名控告Exelon公司，她要公司向周边居民提供干净的自来水，尽管公司外的每个水井中的水都没有超标。在进行了调查后，美国核管理委员会声称“这次检查确认了公众的健康和安全没有受到有害影响，并且公众接触的照射剂量与美国核管理委员会的标准相比是非常低的。”但是，美国核管理委员会主席说：“他们需要修复它。” 核能的反对者指出，核技术经常是军民两用性质的，民用核计划中用到的材料和技术都可以用于发展核武器。能够防止核扩散是核反应堆的主要设计指标之一。
在大多数国家中，军用和民用的核技术经常与该国的核能力一起被提及。比如说，在美国，能源部的首要目标是“增强美国的公民，经济和能源的安全性；为了达到此目标，还要鼓励科学上和技术上的创新；并且消除公民对于核武器的恐惧。”
大部分核反应堆中的浓缩铀的浓度对于制造核弹来说太低。大多数核反应堆使用的是浓度为4%的浓缩铀；原子弹小男孩用的是80%的浓缩铀；虽然低浓度的浓缩铀也可以用来制造原子弹，但是浓度的下降会使炸弹的最小尺寸变得出奇的大，这是很不切实际的。但是，用来为发电制造浓缩铀的工厂和技术也可以制造核弹所需的高纯度浓缩铀。
另外，核反应堆在工作时制造出的钚，如果在再处理时进行浓缩的话，也是可以用来制造核弹的。虽然在一般核反应堆的核燃料循环中制造出来的钚中，钚-240的低浓度使它没有成为制造武器的理想材料，但是还是可以由它制造出有用的武器。如果一个核反应堆所在的核燃料循环非常短，那么具有武器级浓度的钚就可以被制造出来。但是，在许多反应堆中进行这种活动是很难掩人耳目的，因为用民用核反应堆来制造核武器需要经常关闭核反应堆来添加核燃料，而这在卫星图片上是清晰可见的。
大部分人都相信印度和巴基斯坦在它们的核能计划中使用了CANDU核反应堆来为核武器制造可裂变材料，但是，这不是完全正确的。加拿大（提供了40 MW的试验型核反应堆）和美国（提供了21吨重水）都向印度提供了开展核武器计划所需要的技术。由于国际间并没有规定一国该怎样使用从他国得到的核技术，因此印度可以用这些技术来制造核武器。巴基斯坦被相信在一个自主的浓缩计划中为它的核武器制造出了裂变材料。
为了预防核武器的扩散，国际原子能机构在1968年通过并实施了防止核武器扩散条约 (NPT)，条约规定签约国对于核技术必须采取保护措施。签约国被要求向国际原子能机构报告它们拥有的核材料的种类和位置。签约国还同意，为了能进入国际核市场，它们允许国际原子能机构派出调查员和监督员来确认它们关于核材料的报告，并且对它们的核材料进行检查。
有些国家以前没有签署这项条约，并且有能力使用国际间援助的核技术（经常为民用）来发展核武器（印度，巴基斯坦，以色列和南非）。南非后来也成为了防止核武器扩散条约的签约国，它是世界上唯一已知发展了核武器并被证实将其销毁了的国家。在那些签署了这项条约并通过海运收到了一些零星的核材料的国家中，许多国家已经宣称或已被指责尝试着使用应为民用的核电站来发展武器，比如说伊朗和朝鲜。有些种类的核反应堆比其它种类更容易被用来制造核武器，而且国际上的一些关于核武器扩散的争论已经聚焦到了具有发展核武器的野心的国家中某些具体的反应堆型号上。
一些新的技术，比如说SSTAR，可能通过密封的核反应堆，有限的独立式核燃料供应和对于人为干涉的管制来降低核武器扩散的风险。
在扩展核能的用途时，一个可能的障碍是铀矿石的储量限度，这在建造和运行增殖核反应堆时是必需的。但是，以消耗速度来算，地球上还有足够的铀—“总的说来，能供我们开采的铀储量还能用几百（最高1000）年，即使使用标准的反应堆。” 在卡特总统的领导班子对核燃料再处理下了禁令之后，美国境内的增殖反应堆全部被关闭了，对核燃料再处理下禁令是因为在再处理的过程中，武器级核材料扩散的风险是无法为人所接受的。
一些核能的支持者对于核武器扩散的风险可能是国际间预防“不民主”的发展中国家获得任何核技术的原因之一表示同意，但是他们说“民主”的发达国家没有任何理由关闭位于它们境内的核电站，尤其因为“民主国家”之间“不会挑起战争”。
核能的支持者还说，核能与其它一些能源相似，能持续以同样的价格持续地供电，还不会让国与国之间争抢能源，而国际间对于能源的争抢可能会导致战争。
2006年2月，美国宣布了它的一项新措施，即全球核能源合作计划。在这项计划中，国际间会合作使用一种能够防止核扩散的核燃料再处理方法，同时也使发展中国家能够发展核能计划。
