新能源技术是高技术的支柱，包括核能技术、太阳能技术、燃煤磁流体发电技术、地热能技术、海洋能技术等。其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志，通过对核能、太阳能的开发利用，打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念，开创了能源的新时代。
原子能（指原子核能，又称核能）是原子核结构发生变化时放出的能量。在实用上指重元素的原子核发生裂变时和轻元素的原子核发生聚变时所放出的巨大能量，它们分别称为裂变能和聚变能。20世纪初发现原子核里蕴藏着的核能，为人类开辟了一种极重要的新能源，是人类历史上划时代的重大成就。这一成就首先被应用于军事目的，美国于1945年7月16日试制成功第一颗原子弹，并于8月6日和8月9日在日本的广岛和长崎投放，造成数十万人的死亡。
第二次世界大战以后，各大国很快自行研制出了原子弹，打破了美国的核垄断和核威胁。1949年9月22日，前苏联爆炸了第一颗原子弹；1952年1月3日，英国的第一颗原子弹试制成功；1960年2月13日，法国爆炸了第一颗钚弹；1964年10月16日，中国也试爆成功第一颗原子弹。当时，世界局势处于缓和，世界大战的可能性变小，原子能的和平利用被摆到议事日程上来。
核电站是原子核裂变反应放出的核能来发电的装置，是人类核能（裂变能）和平利用的重要方面，标志着人类改造自然进入了一个新阶段。其核心是核反应堆，它是一个能维持和控制核裂变反应的装置，在这里实现核能热能转换。释放出的热能由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。因此，整个一回路系统被称为核蒸汽供应系统，也称核岛，它相当于常规火电厂的锅炉系统。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与常规火电厂的汽轮机发电机系统基本相同，也称常规岛。1954年，前苏联建成了第一座小型的原子能发电站，1956年和1957年，英国和美国也建成了核电站。经过20世纪60年代的反复摸索实践，核电技术已经比较成熟。其成本比火电低，正常运转时对环境污染也比火电小得多，对环境的放射性污染微乎其微。核电站的主要问题是一旦出现事故，如发生核爆炸，其危害性非常严重。历史上发生的几次核电事故均属人为造成，与核电技术无关。最著名的一次核电事故是1986年4月26日发生在前苏联切尔诺贝利核电站由于工作人员违反操作规程造成的第4号机组爆炸事件，导致数十人丧生，对周围环境产生了严重的放射性污染。
目前的核电站都是依靠核裂变反应获得能量，但裂变反应会产生大量的核废料，而这些核废料会产生严重的放射性污染。到目前为止，还未找到对这些废料的永久性处理办法。为克服这一问题，科学家们正在探讨利用核聚变反应获取能量。
核聚变是两个或两个以上的较轻原子核，如氢（H）的两种同位素：氘（D）和氚（T）在超高温等特定条件下聚合成一个较重的原子核[如氦（2He4）]，同时释放出巨大能量。因为这种反应必须在极高的温度（1.5×108℃）下进行，所以叫热核反应。据计算，1千克热核聚变燃料放出的能量为核裂变的4倍。核聚变原料主要是氢、氘和氚。氘也叫重氢，1千克海水含有0.034克氘，故地球上大海里有2.34×1013吨氘，足够人类使用几十亿年。
为了实现聚变反应的条件，以获得有意义的聚变能量，目前在两个主要领域内开展大量的研究工作：磁约束和惯性约束。磁约束就是用一定强度和几何形状的磁场将带电粒子约束在一定的空间范围之内，并保持一段时间。著名的托卡马克装置就是能产生环形磁场的磁约束装置。高温的等离子体在环形磁场约束下不与器壁接触作螺旋状运动，被加热、压缩。惯性约束是利用聚变等离子体的惯性进行约束的。由于惯性，等离子体扩散到一定距离需要一定的时间，如果在这种扩散还来不及进行得太充分时，在这一瞬间即注入很大的能量将它引爆，就能达到释放能量的目的。氢弹的爆炸过程就是一种惯性约束过程。它利用原子弹作为引线，一瞬间产生高温高压，使附近的聚合反应物在还没有来得及扩展时即被引爆。
然而在一般情况下完成这一过程是相当困难的，为了使释放的能量来得及吸收，不致使产生破坏性效果，反应物一般一次不能给得太多，而且要使反应物达到一定的密度就要进行浓缩。这样反应物的体积很小，表面积也很小。从激光器问世以后，惯性约束所提出的大功率、小范围和短瞬间要求有了实现的可能。大功率激光器的巨大能量，高度集中的焦斑和超短的脉冲时间可以满足理想性约束中的三项要求。
聚变能目前尚处于研制阶段，离实用还有相当距离，但基于其取之不尽的资源来源和优越的性能，且没有像裂变堆那样产生大量放射废物，故其远景是很好的。人们预计21世纪中叶可望实现商用。