核能發展的50多年來，核電站發生了數起嚴重的核事故，這里主要分析幾個重要的核電站安全事故：
1）美國三哩島核電站事故
1979年3月28日凌晨4時，美國賓夕法尼亞州的三哩島核電站第2組反應堆堆芯壓力和溫度驟然升高，大量放射性物質溢出。6天以后，堆芯溫度才開始下降，反應堆趨于穩定。100噸鈾燃料雖然沒有熔化，但有60%的鈾棒受到損壞，反應堆最終陷于癱瘓。事故發生后，核電站附近的居民約20萬人撤離。
這次事故是由于二回路的水泵發生故障后，二回路的事故冷卻系統自動投入，但因工人檢修后未將事故冷卻系統的閥門打開，致使這一系統自動投入后，二回路的水仍斷流。當堆內溫度和壓力升高后，反應堆就自動停堆，卸壓閥也自動打開，放出堆芯內的部分汽水混合物。同時，當反應堆內壓力下降至正常時，卸壓閥由于故障未能自動回座，使堆芯冷卻劑繼續外流，壓力降至正常值以下，于是應急堆芯冷卻系統自動投入，但操作人員未判明卸壓閥沒有回座，反而關閉了應急堆芯冷卻系統，停止了向堆芯內注水。這一系列的管理和操作上的失誤與設備上的故障交織在一起，使一次小的故障擴大，造成堆芯熔化的嚴重事故。在這次事故中，主要的工程安全設施都自動投入，同時由于反應堆的幾道安全屏障的作用，事故過程中無一傷亡。在事故現場，只有3人受到了略高于半年的容許劑量的照射。核電廠附近80千米以內的公眾，由于事故，平均每人受到的劑量不到一年內天然本底的百分之一，因此，三哩島事故對環境的影響極小。
三哩島壓水堆核電站雖然發生了堆芯熔毀的嚴重事故，但對環境和居民沒有產生明顯的放射性影響。事實證明，壓水堆核電站的各項安全設施是有效的。
2）切爾諾貝利核電站事故
1986年4月26日凌晨，切爾諾貝利核電站4號核反應堆發生爆炸，其廠房屋頂被炸飛、墻壁坍塌，當場死亡2人。大量的放射性物質外泄，使周圍環境的放射劑量率高達2000毫西弗／小時，為允許指標的2萬倍。1700多噸石墨成了熊熊大火的燃料，火災現場溫度高達2000℃以上。救援直升機向4號反應堆投放了5000噸降溫和吸收放射性元素的物質，并通過遙控機械為反應堆修筑了厚達幾米的絕緣罩。
事故發生后，前蘇聯政府立即組建了國家事故調查委員會，調查事故產生的原因。認為核電站“鈾-石墨大功率壓力管式”反應堆設計上的缺陷是事故產生的主要原因，工作人員操作失誤只是事故發生的誘因。后來前蘇聯核專家進一步得出的結論是，反應堆燃料棒的結構和保護系統不合理是引發事故的直接原因。
切爾諾貝利核事故所泄漏的放射性粉塵有70%飄落在白俄羅斯境內。事故發生初期，白俄羅斯大部分公民都受到不同程度的核輻射。據預計，切爾諾貝利核事故給白俄羅斯造成的直接經濟損失在2350億美元以上。
3）日本福島核電站事故。
2011年3月11日日本發生地震和海嘯后，緊接著福島第一核電站出現問題。目前尚不清楚這次核事故會造成多大損失，這里的6座反應堆，有4座接連出現故障，它們在4天時間里連續發生3次爆炸，導致2個安全殼有可能破損，產生的放射性物質對繼續留在那里的核電站工人和周圍居民構成威脅。
日本福島第一核電站從20世紀70年代開始運營，由6座沸水反應堆組成。從事故原因來說，福島核事故的直接罪魁禍首顯然是地震引發的海嘯，因為核電站在遇到地震時會自動關閉。海嘯襲擊1小時后，福島核電站的基礎設施被毀，外部電力喪失，海嘯又摧毀了備用柴油機發電機，而蓄電池最多只能提供8小時能量。由于不能持續冷卻，反應堆堆芯和乏燃料池溫度過高。為避免發生更大的核泄漏事故，不得不釋放壓力容器中帶有放射性物質的蒸汽來減小壓力。
跟三哩島核電站一樣，福島反應堆有4道屏障用來防止核泄漏。切爾諾貝利核電站沒有安全殼，一旦放射物泄漏到大氣里，會對很大范圍造成污染。福島核事故暫定為5級，只對局部地區產生影響。距離福島核電站290公里的東京，3月15日的最高輻射劑量是正常水平的23倍。
