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Kernkraftwerke mit schnellem Brutreaktor (auch "schneller Brüter" genannt) unterscheiden sich in vielen Einzelheiten vom Siede- und Druckwasserreaktor.
Die Reaktorkerne enthalten nicht nur UO2, sondern auch Plutoniumdioxid. Die Plutonium- und die Urankerne spalten sich. Aus der Kernspaltung von Uran-238 entsteht Plutonium, welches wiederum zur Kernspaltung und Wärmeerzeugung verwendet wird. Aus Uran-238 wird etwa 15 % mehr Plutonium-239 erzeugt, als für die Kernspaltung gebraucht wird. Dieser Überschuss wird dann in anderen Leichtwasserreaktoren oder Brutreaktoren als Spaltstoff eingesetzt.
In Brutreaktoren werden aus Sicherheitsgründen drei Kreisläufe verwendet. Hier wird im Gegensatz zu den zuerst genannten Reaktortypen jedoch nicht nur Wasser, sondern im Primär- und Sekundärkreislauf Natrium verwendet.
Im Reaktortank wird Natrium durch die Brennelemente erwärmt, und gibt die Wärme an einen zweiten Natriumkreislauf (Sekundärkreislauf) ab, zusätzlich ist es das Kühlmittel. Für diese beiden Kreisläufe wird Natrium verwendet, da es einen sehr niedrigen Schmelzpunkt (98°C) und einen hohen Siedepunkt (883°C) hat. Da das Natrium bei den Temperaturen von ca. 390°-550° C nicht verdampft, wird der Druck im Reaktor und im Rohrsystem nicht unnötig erhöht. Das Natrium im Reaktor wird radioaktiv und zerfällt mit der Zeit in Magnesium.
Das Natrium im Sekundärkreislauf fließt durch einen Wärmetauscher, welcher das Wasser im Tertiärkreislauf erwärmt, und das dann durch die Turbinen strömt.
Der Nettowirkungsgrad ist mit 39% gegenüber anderen Reaktoren relativ hoch (Siedewasserreaktor: 34%, Druckwasserreaktor 35 %).
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