为了防止核电站发生严重事故，核动力专家们采取了“纵深防御”的策略，设置了“三道防线”。
第一道防线是为保证核电站正常运行而设置的各种精巧的自动控制系统。它们监测并调整核电站运行中的各种参数。如冷却剂的液位、温度、压力、反应堆的功率等等。当这些重要参数发生偏离时，自动控制系统就及时对它们进行纠正。
第二道防线是一系列的安全保护措施。当参数的偏离超过允许值时，各种安全保护系统就开始运行。例如及时自动紧急停堆，向堆芯注入应急冷却水等。
为了对付失水事故，堆芯的应急冷却系统又分成好几部分。在压水堆核电站中，它由三部分组成。首先是一个高压注射系统，用来对付小的泄漏。发生小失水事故时，它就向堆内注入高压水。破口较大时，则要依靠安全注射箱系统。它由几个装有硼水的大水罐组成。水罐上部充有14～45大气压（1大气压相当于101百帕）的氮气。如果失水事故使反应堆压力降到安全注射箱的压力以下，硼水就会在氮气压力作用下顶开阀门，迅速地自动进入反应堆去冷却堆芯。还有一个低压注射系统，在安全注射箱将水排完以后，自动投入运行，将另一水箱中的上千吨硼水连续地送入堆芯，将堆芯淹没。采用硼水来冷却堆芯，是因为硼能大量地吸收中子，可确保堆芯处于亚临界状态。这些系统都有多重的设备，并由好几个电源供电，以提高保护功能的可靠性。
第三道防线是，预先制订好周密的事故管理规程。一旦发生事故，就可利用核电站内部的潜在能力，或增加一些临时性应急系统，缓解事故的后果，并防止放射性物质污染周围环境，给居民带来危害。
核电站中最主要的放射性物质，是运行过程中不断产生的裂变碎片。在现代大型核电站中，其数量可达几十亿居里。为了防止它们外逸，在压水堆核电站中建立了“四道屏障”。
第一道屏障是核燃料本身。核燃料是经过高温烧结而成的二氧化铀芯块，这种陶瓷体的结构非常致密。它的晶格能截留住98％以上的裂变产物。
第二道屏障是燃料包壳，如装燃料芯块的锆合金密封管。锆管经过严格的考验，能长期在冷却剂内传输很大的热量而不出现泄漏，从而把扩散出芯块的2％的裂变产物（主要是气体裂变产物）保留在包壳内部。燃料元件在反应堆内通常要工作三年左右，在这段时间里，如果包壳发生哪怕细如发丝的裂纹，也会有一些放射性会进入冷却剂。这时，要依靠第三道屏障来阻止放射性物质的外流。
第三道屏障是由包容反应堆堆芯的钢制容器及其相连的管道系统组成的。由于压水堆的冷却剂在150大气压的高压下工作，钢制容器的壁厚往往超过200毫米。这道铜墙铁壁保证把放射性杂质限于反应堆装置的内部，并通过内部的净化系统不停地从冷却剂中去除这些杂质。
防止放射性外逃的最后一道屏障是安全壳系统。它包括反应堆厂房（即安全壳本身）和在事故发生时使厂房与外界自动隔绝的所有措施。安全壳是一个极其坚固的建筑物，一般由内衬钢板的钢筋混凝土制造。它能抵抗地震、洪水、风暴的袭击，也能承受由于失水事故而造成的内部高温高压，并能将失水事故产生的蒸汽凝结下来。当厂房内出现失水事故信号或高放射性报警时，安全壳系统就关闭掉所有可能使放射性物质泄漏的通路，从而保证居民生命财产的安全。
全世界核电站至今已积累了约6000堆年的运行记录。纵深防御的各道防线和屏障发挥了重大的作用。
然而，核电站也曾发生过两次重大事故。这两次事故的原因都与人为的过失有着密切的关系。