Vì năng lượng hạt nhân không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, nên nó mang lại những lợi ích bao gồm giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và phụ thuộc vào giá dầu hoặc khí biến động. Tính đến năm 2014, nhóm lò phản ứng hạt nhân trên toàn thế giới đã giảm lượng carbon phát thải điôxít 2 tỷ tấn mỗi năm.
Khí nhà kính là một yếu tố góp phần vào sự nóng lên toàn cầu. Lý do chính cho sự gia tăng các loại khí này là sự phụ thuộc ngày càng nhiều vào nhiên liệu hóa thạch. Các nhà máy đốt than và khí đốt cũng tạo ra các dạng ô nhiễm khác ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc chuyển sang sử dụng năng lượng hạt nhân có thể giảm thiểu ô nhiễm hơn nữa và giúp Hoa Kỳ đạt được mục tiêu giảm lượng khí thải như vậy.
Theo How Stuff Works, một máy phát điện hạt nhân hoạt động đúng cách sẽ thải ít phóng xạ vào khí quyển hơn so với nhà máy sản xuất than có kích thước tương tự. Tuy nhiên, mỗi lò phản ứng tạo ra 20 tấn chất thải hạt nhân cao cấp mỗi năm. Chất thải tạo ra nhiệt và bức xạ, cuối cùng sẽ ăn mòn qua bất kỳ thùng chứa nào được đậy kín. Mặc dù sự phân rã hạt nhân cuối cùng khiến chất thải trở nên vô hại, quá trình này mất hàng nghìn năm.
Trong khi Trung Quốc có kế hoạch đưa nhiều máy phát điện hạt nhân lên mạng, việc sử dụng năng lượng hạt nhân đang giảm ở nhiều địa điểm khác. Sau nhiều vụ vỡ lò phản ứng do động đất và sóng thần vào năm 2011, Nhật Bản đang quay lưng lại với năng lượng hạt nhân. Dư luận ở Hoa Kỳ và nhiều quốc gia khác khiến việc phê duyệt các lò phản ứng mới trở nên khó khăn.
