En un reactor nuclear, se mezcla un moderador con el combustible de uranio para reducir la velocidad de los neutrones rápidos a la velocidad de los neutrones térmicos, lo que permite que se produzca la fisión en una reacción en cadena nuclear controlada. Los reactores nucleares en los Estados Unidos utilizan el agua como moderador. Las colisiones elásticas que se producen entre los neutrones rápidos y el moderador ralentizan los neutrones sin absorberlos.
Debido a que los núcleos de hidrógeno en las moléculas de agua poseen aproximadamente la misma masa que los neutrones rápidos, una colisión entre un neutrón y un protón en un núcleo de hidrógeno hará que el neutrón pierda casi toda su energía cinética. Además del agua, alrededor del 20 por ciento de los reactores nucleares en todo el mundo utilizan grafito sólido como moderador de neutrones. En aproximadamente el cinco por ciento de los reactores en todo el mundo, el moderador utilizado es agua pesada. En algunos tipos de reactores experimentales, el elemento berilio se ha utilizado como moderador.
En una planta de energía eléctrica nuclear, el agua utilizada como moderador de neutrones también se usa para calentar el agua que impulsa las turbinas de vapor que producen la energía eléctrica. El agua del moderador, sin embargo, permanece completamente aislada del agua que impulsa las turbinas. Esto evita que la radioactividad abandone el núcleo del reactor, que es donde tienen lugar las reacciones en cadena que producen calor.
