Dans un réacteur nucléaire, un modérateur est mélangé au combustible d'uranium pour ralentir les neutrons rapides à la vitesse des neutrons thermiques, ce qui permet à la fission de se produire dans une réaction nucléaire en chaîne contrôlée. La plupart des les réacteurs nucléaires aux États-Unis utilisent l'eau comme modérateur. Les collisions élastiques se produisant entre les neutrons rapides et le modérateur ralentissent les neutrons sans les absorber.
Parce que les noyaux d'hydrogène dans les molécules d'eau possèdent à peu près la même masse que les neutrons rapides, une collision entre un neutron et un proton dans un noyau d'hydrogène fera perdre au neutron la quasi-totalité de son énergie cinétique. En plus de l'eau, environ 20 % des réacteurs nucléaires dans le monde utilisent du graphite solide comme modérateur de neutrons. Dans environ cinq pour cent des réacteurs dans le monde, le modérateur utilisé est l'eau lourde. Dans certains types de réacteurs expérimentaux, l'élément béryllium a été utilisé comme modérateur.
Dans une centrale nucléaire, l'eau utilisée comme modérateur de neutrons est également utilisée pour chauffer l'eau qui entraîne les turbines à vapeur qui produisent l'électricité. L'eau du modérateur reste cependant complètement isolée de l'eau qui entraîne les turbines. Cela empêche toute radioactivité de quitter le cœur du réacteur, où se déroulent les réactions en chaîne productrices de chaleur.
