Az atomenergia alkalmazásának legismertebb és egyik legjelentősebb területe a villamosenergia-termelés. Nemzetközi Atomenergia Ügynökség adatai szerint 2009-ben a világ 30 országában 437 atomerőművi blokk működött. Az atomerőművek részesedése a villamosenergia-termelésében világviszonylatban mintegy 15% volt.

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.