A energia nuclear no Brasil representava, em 2005, 2,7% da oferta de energia elétrica. O Plano Nacional de Energia (PNE 2030) prevê uma expansão da participação dessa fonte na matriz energética brasileira, devendo atingir 4,9% até 2030, com o término da construção de Angra III na mesma região onde operam as usinas de Angra I e Angra II. Cogita-se também a implantação de novas usinas, em especial no Nordeste, em função da menor disponibilidade local de recursos hídricos. Esta é considerada uma das alternativas complementares importantes nos períodos de seca, quando se reduz a disponibilidade de energia hidrelétrica, principal componente da matriz elétrica brasileira.

A exploração da energia nuclear no Brasil é baseada no uso de urânio, mineral radioativo disponível no Brasil, que conta também com extensas reservas de tório. De acordo com o Anuário Mineral Brasileiro de 2006, as reservas brasileiras medidas de urânio e outros minerais radioativos é de 23.000 toneladas expressas em U3O8.

Por meio da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) - autarquia federal criada em 1956 e vinculada ao Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT)-, a União tem o monopólio da mineração de elementos radioativos e da produção e comercialização de materiais nucleares. Como órgão superior de planejamento, orientação, supervisão e fiscalização, a CNEN estabelece normas e regulamentos em radioproteção; e licencia, fiscaliza e controla a atividade nuclear no Brasil. Segundo a legislação brasileira, o licenciamento ambiental da atividade é feito pelo Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (Ibama).

O Conselho Nacional de Política Energética (CNPE), por sua vez, é um órgão de assessoramento da Presidência da República que colabora com a formulação de políticas e diretrizes para o setor, também no que se refere à energia nuclear. O MMA é um dos ministérios que participa do CNPE.

O custo da implantação de uma usina nuclear é bastante elevado, mas o de sua operação é baixo, em função do menor custo de combustível em relação a fontes convencionais.

Os impactos ambientais da exploração nuclear se distribuem pelas diversas fases da atividade: mineração, beneficiamento, enriquecimento (produção de UF₆), reconversão e produção de pastilhas de UO₂, geração de energia, transporte e embarque de produtos intermediários, reprocessamento e disposição final dos resíduos.

Os principais riscos estão associados às emissões de radionuclídeos, como isótopos de xenônio e criptônio, que podem afetar todas as formas de vida, além de aquíferos, solos e atmosfera. Uma das questões mais polêmicas em torno da energia nuclear é a da disposição final dos resíduos, pois não existem, até o presente, depósitos definitivos para esses materiais, que estão sendo estocados provisoriamente em piscinas no interior das próprias usinas. Pesquisas em curso pretendem esgotar a radioatividade desses resíduos, reciclando-os, com aumento da geração de energia e conseqüente desativação dos mesmos.

Como a atividade nuclear não se baseia em uma fonte de carbono, não produz diretamente emissões de CO₂, exceto nas atividades secundárias (motores, equipamentos, transporte, etc), o que resulta em uma menor geração de gases de efeito estufa. Sendo assim, a energia nuclear é apontada por alguns setores - inclusive pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) - como estratégia adequada para o combate ao aquecimento global.