羅切斯特理工學院物理學兼職教授 P. Andrew Karam 解釋說。
核反應堆透過裂變產生能量，裂變是指原子核分裂成兩個或多個較小原子核的過程。在裂變過程中，少量質量轉化為能量，這些能量可用於驅動發電機發電。為了利用這種能量，需要受控的鏈式反應才能發生裂變。當反應堆中的鈾核分裂時，會產生兩個或多箇中子，這些中子隨後會被其他原子核吸收，導致它們也發生裂變。反過來會釋放出更多的中子，從而實現連續裂變。
裂變產生的中子具有高能量並以極快的速度移動。這些所謂的高速中子不像移動較慢的中子那樣有效地引起裂變，因此在大多數反應堆中，它們會透過慢化過程減速。液體或氣體慢化劑（通常是水或氦）會將中子冷卻到引發裂變的最佳能量。這些較慢的中子也稱為熱中子，因為它們被帶到與周圍冷卻劑相同的溫度。
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然而，與大多數普通核反應堆相比，快反應堆使用諸如液態鈉之類的非高效慢化劑的冷卻劑，因此其中子保持高能量。儘管這些高速中子不太擅長引起裂變，但它們很容易被鈾的一種同位素 (U238) 捕獲，然後變成鈽 (Pu239)。這種鈽同位素可以再加工並用作更多反應堆燃料或用於製造核武器。可以設計反應堆以最大化鈽的生產，在某些情況下，它們實際上產生的燃料多於消耗的燃料。這些反應堆被稱為增殖反應堆。
增殖反應堆之所以可能，是因為自然界中存在的鈾同位素的比例。天然鈾主要由不易裂變的 U238 和易裂變的 U235 組成。然而，天然鈾不適合在核反應堆中使用，因為它只有 0.72% 的 U235，這不足以維持鏈式反應。商業核反應堆通常使用鈾燃料，其 U235 含量已濃縮至 3% 到 8% 之間（按重量計）。雖然 U235 主要發生裂變，但燃料中超過 90% 的原子是 U238——潛在的中子捕獲目標和未來的鈽原子。
當 U238 捕獲中子時產生的 Pu239，形成 U239，然後經歷兩次 β 衰變，恰好比 U235 更容易裂變。Pu239 在每個反應堆中形成，並且在反應堆執行時也會發生裂變。事實上，核反應堆可以從這種鈽裂變中獲得大量能量。但是，由於這種鈽會裂變，因此會減少燃料中剩餘的量。因此，為了最大化鈽的生產，反應堆必須儘可能多地產生鈽，同時最大限度地減少分裂量。
這就是為什麼許多增殖反應堆也是快反應堆的原因。高速中子是鈽生產的理想選擇，因為它們很容易被 U238 吸收以產生 Pu239，並且它們引起的裂變比熱中子少。一些快中子增殖反應堆可以產生的燃料比它們使用的燃料多 30%。
然而，在核反應堆中產生額外的燃料並非沒有問題：其中一個問題是，所產生的鈽可以被移除並用於核武器。另一個問題是，為了提取鈽，必須對燃料進行再加工，從而產生放射性廢物，並可能導致高輻射暴露。出於這些原因，在美國，卡特總統停止了這種乏燃料再處理，使得增殖反應堆的使用成為問題。
美國建造了兩個實驗性增殖反應堆，但都沒有商業化發電。密歇根州的恩里科·費米核電站是美國第一個快中子增殖反應堆，但僅從 1963 年執行到 1972 年，之後由於工程問題導致許可證續簽失敗並隨後退役。美國唯一其他商業快中子增殖反應堆——田納西州的克林奇河核電站的建設在 1983 年因國會削減資金而停止。在世界其他地方，目前只有印度、俄羅斯、日本和中國擁有運營中的快中子增殖反應堆計劃；英國、法國和德國實際上已經關閉了他們的計劃。