A energia nuclear corresponde a cerca de 3% da matriz energética do Brasil e cerca de 40% da matriz energética do Estado do Rio de Janeiro, sendo produzida por dois reatores de água pressurizada na Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, em Angra dos Reis. A construção de um terceiro reator teve início em junho de 2010, estava previsto para entrar em funcionamento em maio de 2018, porém, em decorrência de interrupção das obras, o início das operações foi adiado para 2024. A empresa brasileira encarregada de produzir energia nuclear é a Eletronuclear.
No Brasil, a pesquisa teórica sobre energia nuclear teve início na Universidade de São Paulo (USP), no final dos anos de 1930. Na década seguinte, o Brasil tornou-se fornecedor de recursos minerais (monazita, tório e urânio) para projetos nucleares experimentais nos Estados Unidos, como o Projeto Manhattan.
Em 1947, Álvaro Alberto da Mota e Silva, oficial da Marinha e entusiasta da energia nuclear, escreveu a primeira política nuclear a ser aprovada pelo Conselho de Segurança Nacional (CSN). A implementação do plano teve início em 1951, com o estabelecimento do Conselho Nacional de Pesquisas (CNPq) e a indicação de Alberto a sua presidência. Embora o objetivo geral da instituição fosse promover pesquisas científicas e tecnológicas em todas as áreas do conhecimento, o CNPq tinha responsabilidades específicas quanto ao desenvolvimento da energia nuclear, como estimular pesquisas sobre recursos minerais relevantes e expandir a industrialização da energia nuclear.
Na perspectiva de Alberto, o desenvolvimento do setor nuclear no Brasil incluía a nacionalização das atividades nucleares e compensações específicas para a exportação de matéria prima estratégica. Desse modo, o Brasil tentou obter acordos comerciais que, em troca das matérias primas nacionais, incluíssem disposições que facilitassem o acesso a tecnologias sensíveis e a treinamento para engenheiros nucleares brasileiros. O êxito dessa política foi visivelmente limitado, mas forneceu oportunidades de intercâmbio acadêmico e treinamento nos Estados Unidos para cientistas e engenheiros brasileiros.
O CNPq buscou obter tecnologia nuclear dos Estados Unidos e de outros países. Alberto solicitou a compra de um cíclotron da General Electric, o que permitiria ao Brasil conduzir experimentos avançados em física nuclear. Washington, porém, rejeitou o pedido. Alberto também iniciou negociações para a aquisição de ultracentrifugas da Alemanha Ocidental.
Em meados da década de 1950, o programa nuclear brasileiro não havia avançado muito, exceto pela compra, por 80.000 dólares, de três centrífugas da Alemanha Ocidental. Embora as centrífugas tenham chegado ao Brasil em 1956, entraram em funcionamento apenas na década de 1970. Orçamentos limitados e instabilidade política causaram os atrasos.
Uma Comissão Parlamentar de Inquérito (CPI) estabelecida em 1956 descobriu que materiais atômicos haviam sido exportados de modo ilegal para os Estados Unidos. Também revelou que Juarez Távora, chefe do gabinete militar no início do governo Café Filho, em 1954, havia agido de acordo com as solicitações dos EUA e adotado uma nova política nuclear, a qual considerava os EUA parceiro privilegiado do Brasil no âmbito da energia nuclear.
Após o fim da investigação, a CPI defendeu uma abordagem mais nacionalista para a política nuclear, retomando os planos defendidos por Alberto e pelo CNPq. O novo plano nuclear, adotado por Juscelino Kubitschek pouco depois de sua eleição, criou a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), sob supervisão presidencial. Além disso, cancelou todos os contratos relacionados à exportação de minerais atômicos.
Em 1957, o Brasil obteve seu primeiro reator para pesquisa, por meio do programa norte-americano Átomos para a Paz. O IEA-R1, como se tornou conhecido quando chegou ao Instituto de Energia Atômica (IEA), em São Paulo, foi o primeiro reator a entrar em funcionamento no hemisfério sul. Em 1960, foi adquirido o reator de pesquisa TRIGA Mark 1, localizado no Instituto de Pesquisas Radioativas (IPR) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), o qual foi usado em atividades de treinamento e de pesquisa associadas à produção de radioisótopos.
O esforço de pesquisa e desenvolvimento do reator de tório foi iniciado no final dos anos 1950, com o Grupo do Tório, centrado na Universidade Federal de Minas Gerais. As pesquisas neste sentido foram encerradas em 1975, após a oficialização acordo nuclear Brasil-Alemanha.
Em 1965, entrou em funcionamento no Instituto de Engenharia Nuclear (IEN), sediado no Rio de Janeiro, o Argonauta, primeiro reator de pesquisa feito no país, cuja construção terminara em 1962. O Argonauta foi uma adaptação de um reator elaborado pelo Laboratório Nacional de Argonne, nos Estados Unidos.
Após o golpe de 1964, o regime militar estabeleceu uma política nuclear baseada na aquisição de usinas nucleares, para gerar eletricidade e criar condições para o estabelecimento de um complexo industrial nuclear autônomo no Brasil. Segundo o plano, o Brasil deveria, no longo prazo, procurar adquirir todas as tecnologias necessárias para o domínio do ciclo de produção do combustível nuclear. Com relação aos padrões internacionais que limitavam as explosões nucleares pacíficas (Peaceful Nuclear Explosions, PNE), a política nuclear dos militares afirmava que renunciar ao direito de condução independente das PNE representava “um preço demasiado alto a pagar”, pois:
1. O projeto de tratado mundial não representa um compromisso de desarmamento para os países já detentores de armas nucleares;
2. A França e a China não participam das negociações;
3. São grandes perspectivas de utilização de explosivos nucleares em mineração, abertura de portos, canais e terraplenagem, como comprovam as experiências levadas a efeito pelos EUA no programa “Plowshare”;
4. O conhecimento da técnica que leva à fabricação de explosivos nucleares, desde que sujeita à fiscalização internacional e limitada a objetivos específicos de desenvolvimento econômico, não constituem proliferação de armas nucleares nem a estimulam necessariamente".
Consequentemente, numa reunião do CSN, o presidente Costa e Silva expôs argumentos a favor da condução de "pesquisa, mineração e construção de artefatos que possam explodir" e adicionou: "Não vamos chamar de bomba, vamos chamar de artefatos que possam explodir”.
Em 1968, uma nova CPI avaliou os recursos minerais existentes no Brasil para o programa nuclear. Dois anos depois, a comissão parlamentar completou seu trabalho e concluiu que o grande crescimento da indústria brasileira implicava aumento na demanda por eletricidade no país, confirmando que a energia nuclear era necessária.