Задача энергетической реакторной установки — извлечь как можно больше тепла ядерного деления и преобразовать его в полезную энергию, как правило, электричество. Система теплоносителя играет ключевую роль в выполнении этой функции. Жидкость-охладитель поступает в активную зону при низкой температуре и выходит при более высокой температуре после сбора энергии деления. Эта более высокотемпературная жидкость направляется в обычные термодинамические компоненты, где тепло преобразуется в электроэнергию. В большинстве легководных, тяжеловодных и газоохлаждаемых энергетических реакторов теплоноситель поддерживается под высоким давлением. Натриевые и органические теплоносители работают при атмосферном давлении.
Исследовательские реакторы имеют очень простые системы отвода тепла, поскольку их основное назначение — проведение исследований, а не выработка электроэнергии. В исследовательских реакторах теплоноситель проходит через реактор, а отводимое тепло передается окружающему воздуху или воде, не проходя через энергетический цикл. В исследовательских реакторах самой низкой мощности, работающих на нескольких киловаттах, это может включать в себя простой теплообмен с водопроводной водой или с бассейном воды, охлаждаемой окружающим воздухом. При работе на более высоких уровнях мощности тепло обычно отводится с помощью небольшой градирни с естественной тягой.
