堆芯，也稱為反應堆活性區，是核反應堆的核心部分，主要負責核裂變反應的進行。它由安置在具有一定柵格的堆芯格架中的燃料組件構成，這些燃料組件由製成一定形狀（如板、棒、管）的燃料元件通過各種構件按一定的柵格布置組裝而成，以滿足物理和熱工水力學的要求。
在堆芯中，核裂變反應發生，這些反應只與核燃料元素的核性質有關，與其物理化學狀態無關，所以核燃料可以以不同的化學和物理形態出現，如金屬、氧化物、碳化物、鹽類、固態、液態等。燃料元件由核燃料和包殼組成，其中核燃料235U、233U或239Pu原子核的裂變反應在這裡發生。
與堆芯直接相關的還包括熱氣導管、蒸汽發生器、氨風機、燃料裝卸系統、氦淨化系統等。此外，堆芯是由陶瓷堆內構件砌體構成的環形腔室，整個石墨反射層結構在高度方向由多層石墨塊組成，每層石墨塊在圓周方向又等分成24塊，各石墨塊之間由石墨銷鍵連線，起到定位和減少氦氣漏流的作用，並使石墨砌體形成一個整體結構。
包容反應堆堆芯的容器稱為堆容器，對於承壓的堆容器，又稱為反應堆壓力容器。在裂變材料中，只有鈾-235在自然界中存在，而鈈-239和鈾-233在自然界並不存在，分別是由自然界中的鈾-238和釷（Th）-232吸收中子後衰變生成的。因此鈾-238和釷-232被稱為轉換材料或增殖材料。裂變材料和轉換材料統稱為核燃料。核燃料要經過化學、物理、機械加工等複雜而又嚴格的過程，製成形狀和品質各異的元件，供各種反應堆作為燃料來使用。