Durante o primeiro terzo do século XX desenvolvéronse os fundamentos da enerxía nuclear. Outra vez foron os progresos da Física, grazas aos traballos de figuras como Becquerel ou o matrimonio Curie entre outros, cos seus estudos sobre os materiais radioactivos, os que se traduciron en novos avances que culminaron na primeira fisión artificial do átomo de uranio en 1938 por Otto Hahn e no desenvolvemento do primeiro reactor nuclear nos EE UU por Enrico Fermi en 1942.
Paralelamente desenvolveuse a vertente militar da enerxía nuclear, que culminou nas explosións de Hiroshima e Nagasaki e tivo como corolario a Guerra Fría —que ocupou a segunda metade do século XX— entre as dúas grandes superpotencias, EE UU e a URSS. A primeira aplicación práctica foi a bomba atómica, na cal se liberou unha enerxía de 12 quilotóns (enerxía equivalente a 12 000 toneladas de explosivo TNT) que destruíu as dúas cidades por enteiro.
Na década dos 70 houbo unha gran crise enerxética orixinada pola escaseza do petróleo. Isto promoveu a construción das primeiras centrais nucleares do mundo que tiñan por combustible o uranio, evitando así ter que depender do petróleo e dos países exportadores.
A finais do 97 no mundo había 423 centrais nucleares funcionando en 30 países. Tiñan unha potencia instalada de 327,6 GW e producían o 16% da electricidade mundial.
A finais do 2007 había 439 unidades en funcionamento no mundo (cinco unidades menos que no 2002) cunha potencia total de 371,7 GW.
A enerxía nuclear proporciona o 16% da electricidade do mundo, o 6% da enerxía primaria comercial e entre o 2 e 3% da enerxía final do mundo, menor que a contribución hidráulica. En 21 dos 31 países onde operan centrais electronucleares, diminuíu a porcentaxe de enerxía nuclear no 2006 respecto á do ano 2003.
