Az atomenergia alkalmazásának legismertebb és egyik legjelentősebb területe a villamosenergia-termelés. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség adatai szerint a 2005. évben a világ 30 országában 443 atomerőművi blokk működött. Az atomerőművek részesedése a villamosenergia-termelésben világviszonylatban mintegy 16-17 %.

Az energetikai alkalmazás mellett a radioaktív izotópok és ionizáló sugárzások felhasználása kiterjed az egészségügyi ellátás, az ipar, a mezőgazdaság, a tudományos kutatás és az oktatás területére is.