Η πυρηνική μηχανική είναι ένας τομέας στον οποίο οι πυρηνικοί μηχανικοί εργάζονται με ακτινοβολία και ραδιενεργά υλικά για να σχεδιάσουν διαδικασίες και να αναπτύξουν τη χρήση τους στην παραγωγή ενέργειας, τη βιομηχανία και την πυρηνική ιατρική. Όσοι εργάζονται στη βιομηχανία πυρηνικής μηχανικής επιλύουν πραγματικά προβλήματα, όπως η διαχείριση των πυρηνικών αποβλήτων, τα πρωτόκολλα απόκρισης για ατυχήματα σε πυρηνικούς σταθμούς και πώς η ακτινοβολία μπορεί να θεραπεύσει αποτελεσματικά τον καρκίνο. Οι άνθρωποι που εργάζονται στη βιομηχανία πυρηνικής μηχανικής έχουν υποβληθεί σε εκτενή εκπαίδευση και έχουν υψηλή ικανότητα για προχωρημένα μαθηματικά, χημεία και φυσική. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί εξειδικευμένοι τομείς στην πυρηνική μηχανική, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής πυρηνικής ενέργειας, της ιατρικής χρήσης της χρήσης πυρηνικής ενέργειας και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των πυρηνικών υποπροϊόντων.
Από τα τέλη του 19ου αιώνα, οι μηχανικοί έχουν φανταστεί κάθε είδους χρήσεις για την ενέργεια που αποθηκεύεται στα άτομα, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης ατμού, που παράγεται από την πυρηνική ενέργεια, για την περιστροφή τουρμπίνων και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το 1957 ξεκίνησε η λειτουργία του πρώτου πυρηνικού εργοστασίου πλήρους κλίμακας. Το 1984, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από την πυρηνική ενέργεια ξεπέρασε αυτή που παράγεται από την υδροηλεκτρική ενέργεια και το 2011, υπάρχουν 109 πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μόνο στις ΗΠΑ που παράγουν 610 δισεκατομμύρια κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας.
Στον κόσμο της ιατρικής, η πυρηνική ενέργεια χρησιμοποιείται σε εφαρμογές που κυμαίνονται από την απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI), τη θεραπεία του καρκίνου και τη χειρουργική επέμβαση χρησιμοποιώντας ένα πυρηνικό μαχαίρι γάμμα. Ενώ οι πρώιμοι τύποι ακτινοθεραπείας προκάλεσαν περιττή βλάβη στους περιβάλλοντες ιστούς, οι γιατροί μπορούν τώρα να τοποθετήσουν με ακρίβεια την ακριβή ποσότητα ακτινοβολίας που απαιτείται για να σκοτωθούν οι όγκοι χωρίς να βλάψουν άλλους ζωτικούς ιστούς και όργανα. Οι εστιασμένες δέσμες ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται στο γάμμα μαχαίρι επιτρέπουν στους χειρουργούς να πραγματοποιούν μια μη επεμβατική ιατρική διαδικασία, θεραπεύοντας όγκους βαθιά μέσα στο σώμα. Άλλες πυρηνικές ιατρικές συσκευές περιλαμβάνουν στερεοτακτικές συσκευές, ακτίνες λέιζερ και γραμμικούς επιταχυντές που στοχεύουν και θεραπεύουν ασθενείς χωρίς χειρουργική επέμβαση. Το ένα τρίτο όλων των ιατρικών διαδικασιών που γίνονται στις ΗΠΑ χρησιμοποιούν κάποιο είδος τεχνικής που αναπτύχθηκε από την πυρηνική μηχανική.
Η διατήρηση του περιβάλλοντος αποτελεί επίσης σημαντικό μέρος της πυρηνικής μηχανικής. Υπάρχουν πολλοί εθνικοί και διεθνείς φορείς, όπως η Ρυθμιστική Επιτροπή Πυρηνικών (NRC) και ο Διεθνής Οργανισμός Ατομικής Ενέργειας (ΔΟΑΕ) που έχουν καθήκον να παρακολουθούν στενά τη χρήση και την απόρριψη πυρηνικών υλικών. Οργανισμοί όπως το Ινστιτούτο Πυρηνικής Ενέργειας προστατεύουν το περιβάλλον συνεργαζόμενοι με άλλους οργανισμούς για την ανάπτυξη μεθόδων και διαδικασιών για την ασφαλή διαχείριση των επικίνδυνων πυρηνικών αποβλήτων που παράγονται από την παραγωγή πυρηνικής ενέργειας. Άλλοι πυρηνικοί μηχανικοί εργάζονται για να σχεδιάσουν ασφαλέστερο εξοπλισμό πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, αναπτύσσοντας νέα πρωτόκολλα ασφαλείας για την πρόληψη και τον χειρισμό της τυχαίας μόλυνσης και την εξεύρεση νέων μεθόδων απόρριψης πυρηνικών αποβλήτων.