1954年，前苏联奥布宁斯克核电厂并网发电，揭开核能用于发电的序幕。半个世纪以来，核电经历了20世纪60年代的起步阶段，20世纪70—80年代的快速发展阶段和20世纪80年代一直到21世纪初的缓慢发展阶段以及21世纪以来的复苏阶段。

起步阶段：20世纪50年代中期至60年代初。在此期间，世界共有38个机组投入运行，属于早期原型反应堆，即“第一代”核电厂。除1954年苏联建成的第一座核电厂外，还包括1956年英国建成的45兆瓦原型天然铀石墨气冷堆核电厂、1957年美国建成的60兆瓦原型压水堆核电厂、1962年法国建成的600兆瓦天然铀石墨气冷堆和1962年加拿大建成的25兆瓦天然铀重水堆核电厂。

高速发展阶段：20世纪60年代中期至80年代初。其间，世界共有242个核电机组投入运行，属于“第二代”核电厂。由于受石油危机的影响，核电经历了一个大规模高速发展阶段，鼎盛时期平均每17天就会有一座新核电厂投入运行。美国成批建造了500〜1 100兆瓦的压水堆、沸水堆，并出口其他国家；苏联建造了1 000兆瓦石墨堆和440兆瓦、1 000兆瓦的VVER型压水堆；日本、法国引进、消化了美国的压水堆、沸水堆技术，其核电发电量均增加了20多倍。

减缓发展阶段：20世纪80年代初至21世纪初。由于1979年的美国三哩岛核电厂事故以及1986年的苏联切尔诺贝利核泄漏事故，全球核电发展迅速降温。在此阶段，人们开始重新评估核电的安全性和经济性。为确保核电厂的安全，世界各国加强了安全设施，制定了更严格的审批制度。据国际能源机构统计，在1990—2004年间，全球核电总装机容量年增长率由此前的17%降至2%。

开始复苏阶段：21世纪以来，随着世界经济的复苏以及越来越严重的能源危机，核能作为清洁能源的优势重新受到青睐。同时，经过多年的技术发展，核电的安全可靠性进一步提高，世界核电的发展开始进入复苏期，世界各国制定了积极的核电发展规划。美国、欧洲、日本开发的先进的轻水堆核电厂，即“第三代”核电厂取得重大进展。

第三代核能系统派生于目前运行中的第二代核能系统，并吸取了这些反应堆几十年的运行经验，进一步采用经过开发验证且可行的新技术，旨在提高现有反应堆的安全性。首次建成的采用第三代技术的核电机组是日本1997年投入运行的柏崎刈羽核电厂的两台先进型沸水堆机组（ABWR）。

2010年5月，国际原子能机构总干事天野之弥在讨论《不扩散核武器条约》的会议上指出，核能作为一种清洁、稳定且有助减缓气候变化影响的能源正为越来越多的国家所接受。

尽管2011年日本福岛核事故为世界核电工业发展蒙上了一层阴影，但是核电作为安全、清洁、高效的能源依然被国际认可。在能源紧缺、全球变暖的时代背景下，考虑到各国的国情和经济发展需要，大多数国家仍选择继续审慎发展核电工业。据国际原子能机构预测，全球有60多个国家计划发展核能，包括30个无核国家，全球核能发电量在今后20年将会提高一倍。

在此过程中，核电系统设计也进入了第四代，第四代核能系统的发展目标是增强能源的可持续性，提高核电厂的经济竞争性、安全和可靠性以及防扩散和防止外部侵犯能力。目前提出的第四代的反应堆概念有6种：气体冷却快堆（GFR）、铅冷却快堆（LFR）、钠冷却快堆（SFR）、熔盐堆（MSR）、超临界水冷堆（SCWR）和超高温气冷堆（VHTR）。

第四代核能系统与前几代完全不同，必须以大量的技术进步为前提。目前这些系统正处在研究之中。

2012年2月和3月，美国率先在全球内批准了四台AP1000核电机组的建造和运行联合许可证（COL）。这也是在自三哩岛事故之后，美国34年来首次启动核电建设项目。此外，美国核管会（NRC）于2011年3月至12月底，先后批准10台核电机组延寿至60年。

虽然全球核电复苏一定程度上受到了福岛核事故的影响，但是中国坚持安全高效发展核电的决心并未改变，近年来发布的核电中长期发展规划明确提出，到2020年，我国在运核电装机容量将达到5 800万千瓦，在建核电装机容量接近3 000万千瓦。截至2015年6月，全球在建核电机组67台，装机容量约为6 548万千瓦，其中超过70%的在建核电机组集中在亚洲的中国、印度和欧洲的俄罗斯等国家。总之，世界核电的发展是在“弃核”与“启核”的交叠中进行，但前进的脚步从未停歇。