Μια ατομική μπαταρία αντλεί ενέργεια για τη λειτουργία μιας συσκευής από τη διάσπαση ραδιενεργών ισοτόπων. Αυτές οι μπαταρίες μπορούν να έχουν εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής, γεγονός που τις καθιστά χρήσιμες για εφαρμογές όπου είναι δύσκολη ή αδύνατη η πρόσβαση σε εξαρτήματα με σκοπό την αντικατάσταση της μπαταρίας. Μερικές φορές αναφέρονται ως «πυρηνικές μπαταρίες», αν και αυτό είναι λίγο εσφαλμένο, καθώς δεν βασίζονται σε μια αλυσιδωτή αντίδραση για την παραγωγή ενέργειας. Είναι πολύ σταθερά και ασφαλή όταν κατασκευάζονται σωστά και γίνονται με κατάλληλα ισότοπα.
Μία εφαρμογή για ατομικές μπαταρίες χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία διαστημικών σκαφών. Οι ανιχνευτές, τα τηλεσκόπια και ο άλλος εξοπλισμός χρειάζονται όλα μια πηγή ενέργειας, αλλά ενδέχεται να μην μπορούν να επισκευαστούν για την αντικατάσταση των μπαταριών. Μια ατομική μπαταρία μπορεί να παρέχει την ενέργεια που απαιτείται για τη διατήρηση της λειτουργίας των συστημάτων και την αποστολή σημάτων πίσω στη βάση και θα πρέπει να διαρκέσει για όλη τη διάρκεια ζωής της συσκευής. Άλλος εξοπλισμός που πρέπει να μείνει χωρίς επιτήρηση για παρατεταμένες χρονικές περιόδους μπορεί να βασίζεται σε αυτήν την τεχνολογία, η οποία έχει επίσης πιθανές εφαρμογές για πράγματα όπως εμφυτευμένες ιατρικές συσκευές.
Αυτές οι μπαταρίες μπορούν να εξάγουν ενέργεια από ραδιενεργά ισότοπα με διάφορους τρόπους. Μερικοί βασίζονται στη θερμική ενέργεια. Καθώς τα ισότοπα διασπώνται, παράγουν θερμότητα, την οποία μια ατομική μπαταρία μπορεί να αξιοποιήσει για να παράγει ηλεκτρισμό. Η θερμότητα μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη σε συσκευές όπως τα διαστημόπλοια, τα οποία χρειάζονται μια πηγή θερμότητας για να διατηρούν τα επιστημονικά όργανα σε ένα ασφαλές εύρος θερμοκρασίας. Στο βαθύ κρύο του διαστήματος, τα εξαρτήματα θα παγώσουν γρήγορα χωρίς θέρμανση, αλλά η κατανάλωση ενέργειας σε θερμότητα θα μπορούσε να προκαλέσει εξάντληση της ισχύος του εξοπλισμού, έτσι οι ατομικές μπαταρίες παρέχουν θερμότητα και ισχύ για την επίλυση αυτού του προβλήματος.
Άλλες συσκευές βασίζονται σε μη θερμικές μεθόδους παραγωγής ενέργειας. Η πιο κοινή μέθοδος εκμεταλλεύεται την εκπομπή σωματιδίων βήτα για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτός ο σχεδιασμός ατομικής μπαταρίας είναι γνωστός ως σχέδιο βήταβολταϊκού και είναι αρκετά ασφαλής για χρήση γύρω από ανθρώπους, επειδή τα σωματίδια βήτα δεν μπορούν να διεισδύσουν στο ανθρώπινο δέρμα. Είναι πολύ πιο αδύναμα από τα πιο επικίνδυνα σωματίδια γάμμα που μπορεί να είναι ανησυχητικά με ορισμένα ραδιενεργά ισότοπα.
Είναι επίσης δυνητικά δυνατό να μετατραπεί η διάσπαση απευθείας σε κινητική ενέργεια για χρήση για τη μετακίνηση μηχανικών εξαρτημάτων μιας συσκευής. Πειραματικά έργα ατομικής μπαταρίας έχουν δείξει πώς αυτή η εφαρμογή θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για ορισμένες ιατρικές συσκευές και άλλο εξοπλισμό. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του ισοτόπου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της, αλλά μπορεί να είναι μια δεκαετία ή και περισσότερο. Αυτό μπορεί να καλύψει τις ανάγκες πολλών συσκευών, παρέχοντας σταθερή παροχή ενέργειας για μεγάλο χρονικό διάστημα.