Nos reatores PWR, o líquido de refrigeração primário (normalmente água desmineralizada) é bombeado sob altas pressões dentro do núcleo do reator onde é aquecido pela energia liberada pela fissão nuclear. A água aquecida flui através do circuito primário para um sistema gerador de vapor, onde sua energia térmica é transferida para o sistema secundário através de permutadores de calor, que por sua vez provocam um fluxo de vapor no sistema secundário de refrigeração que gira um conjunto de turbinas que geram grandes quantidades de eletricidade. Em contraste com os reatores de água em ebulição (BWR's, na sigla em inglês), a alta pressão presente no circuito primário de refrigeração mantém a água em estado líquido, mesmo a altas temperaturas. Todos os reatores de água leve (LWR's) usam água como líquido refrigerante e moderador de nêutrons.

Os reatores PWR foram originalmente projetados para servir como propulsão para submarinos nucleares e foram utilizados, no seu desenho original na segunda geração de centrais de energia nuclear, reactor Nuclear de Shippingport, nos EUA. Os reactores de energia PWR's que operam nos EUA são consideradas da segunda geração. Os reatores nucleares do tipo VVER da Rússia são similares aos PWR's dos EUA.