原子电池即核电池，它是将原子核放射能直接转变为电能的装置。

有的原子电池是利用放射性同位素放出的射线产生热量，根据温差电现象通过热电偶将其转化为电能;也有的是利用射线作用于某些物质能发光的原理，先将辐射转变为荧光，再使荧光作用于硅光电池产生电能。这种原子电池的结构，和太阳能电池基本相同，是比较常用的原子电池。

还有一种原子电池是由辐射β射线(高速电子流)的放射源，收集这些电子的集电器，以及电子放射源与集电器之间的绝缘体三部分组成。放射源一端因失去电子成为正极，集电器一端得到电子成为负极，于是在两电极间形成电势差。这种原子电池可产生较高的电压，但电流较小。

常用作原子电池中的放射性物质有钚238、钷147、锶90等。这种电池的突出特点是:寿命长、重量轻、不受外界环境影响、运行可靠。主要用于人造卫星、宇宙飞船、海上的航标与游动气象浮标，以及无人灯塔之中。也把原子电池作为人工心脏起搏器的电源，在医疗方面得到了应用。

自从1954年美国首先研制钋-210原子电池(电功率0.0018瓦)以来，已研制成各种各样的原子电池。原子电池的工作原理用两种:一是将放射性同位素衰变产生的热能转变成电能，这就是热转换型电池;二是将放射性同位素衰变 放出粒子的动能或它的次级效应转变成电能，这就是动态换能型。目前研究最为成熟，并且已经实际用用的使静态热电型电池，又称温差型原子电池。它是利用 温度变化产生电位差而发电。热电偶转换装置结构简单，尺寸小，重量轻，性能稳定，但转换效率较低，只有5%~10%，这种电池功率比较小，只有几瓦到几百瓦。

原子电池不需阳光照射，不受电磁干扰，可以在失重、强风暴、极低温等恶劣环境下工作，使用寿命长，因此可用作人造卫星、太空探测器的辅助源。美国"阿波罗"月面试验站、"雨云号"气象卫星、"先驱号"木星探测器、"海盗号"火星登陆器，都安装了钚-238同位素电池。

据2002年统计，美国在8颗人造卫星、5艘登月飞船，9个探测器等22个航天器上，安装了40台钚-238同位素电池。钚同位素电池重量轻、寿命长、安全可靠。月球上白天温度高达102℃，晚上降到-150℃，昼夜高温和严寒交替，变化幅度十分大，条件非常恶劣。而且，月亮上的夜晚要比地球上的夜晚长14倍。美国"阿波罗"登月计划中，在月球上设置了5台钚-238同位素电池，为25台仪器供电，使他们长期维持正常工作。

原子电池受航天事业的推动，取得了较大发展，主要表现在:一是功率有了较大提高，现在已出现近千瓦功率的原子电池;二是热点转换效率的提高。美国布什政府于2003年批准的耗资近10亿美元的"普罗米修斯"计划，其主要内容之一就是 发展新型高效率同位素电源系统。