In un reattore nucleare, un moderatore viene miscelato con il combustibile di uranio per rallentare i neutroni veloci alla velocità dei neutroni termici, il che consente alla fissione di verificarsi in una reazione a catena nucleare controllata. i reattori nucleari negli Stati Uniti usano l'acqua come moderatore. Le collisioni elastiche che avvengono tra i neutroni veloci e il moderatore rallentano i neutroni senza assorbirli.
Poiché i nuclei di idrogeno nelle molecole di acqua possiedono circa la stessa massa dei neutroni veloci, una collisione tra un neutrone e un protone in un nucleo di idrogeno si tradurrà in un neutrone che perde quasi tutta la sua energia cinetica. Oltre all'acqua, circa il 20 percento dei reattori nucleari in tutto il mondo usa grafite solida come moderatore di neutroni. In circa il cinque percento dei reattori di tutto il mondo, il moderatore utilizzato è l'acqua pesante. In alcuni tipi di reattori sperimentali, l'elemento di berillio è stato usato come moderatore.
In una centrale elettrica nucleare, l'acqua utilizzata come moderatore di neutroni viene anche utilizzata per riscaldare l'acqua che aziona le turbine a vapore che producono l'energia elettrica. L'acqua del moderatore, tuttavia, rimane completamente isolata dall'acqua che aziona le turbine. Ciò impedisce a qualsiasi radioattività di lasciare il nucleo del reattore, che è il luogo in cui avvengono le reazioni a catena che generano calore.
