Jälkilämpöä syntyy ydinreaktorin polttoaineessa, kun radioaktiiviset fissiotuotteet hajoavat. Jälkilämmön tuotto jatkuu vielä sen jälkeen, kun ketjureaktio on pysäytetty. Jälkilämpö kuumentaa polttoainetta, ja siksi myös pysäytettyä reaktoria täytyy jäähdyttää. Reaktorin jäähdyttäminen jälkilämmön poistamiseksi onkin toinen ydinturvallisuuden keskeinen tehtävä, ketjureaktion hallinnan lisäksi. ^[1]

Ydinreaktorin toimiessa uraani ja plutonium hajoavat fissioreaktioissa kevyemmiksi atomeiksi, fissiotuotteiksi. Nämä fissiotuotteet ovat radioaktiivisia, eli ne hajoavat vähitellen muiksi alkuaineiksi. Tässä radioaktiivisessa hajoamisessa syntyy lämpöenergiaa, jota sanotaan jälkilämmöksi. Jälkilämpöteho on suurimmillaan heti reaktorin pysäyttämisen jälkeen noin 7 prosenttia reaktorin kokonaistehosta. Se pienenee vähitellen, kun fissiotuotteiden määrä vähenee radioaktiivisen hajoamisen seurauksena. Tunnin päästä reaktorin pysäyttämisestä jälkilämpöteho on noin 1,3 prosenttia reaktorin kokonaistehosta ja kuukauden päästä noin 0,1 prosenttia. ^[1]

Esimerkiksi Fukushiman kolmosreaktorissa jälkilämpöteho oli tunnin kuluttua reaktorin pysäyttämisestä yli 30 megawattia ja vielä viikon päästä lähes 6 megawattia.^[2] Näin suuri lämpöteho riittää aiheuttamaan polttoaineen sulamisen, jos sitä ei jäähdytetä. Jos polttoaine kuumenee liikaa, zirkoniumista tehty polttoainesauvan suojakuori voi puhjeta ja radioaktiivisia aineita voi vapautua suojarakennukseen ja sieltä mahdollisesti ympäristöön. ^[1] Three Mile Islandin ja Fukushiman onnettomuudet johtuivat siitä, että jälkilämpöä ei saatu poistettua reaktorista.

Jälkilämmön aiheuttaman ylikuumenemisen estämiseksi ydinreaktoreissa on jälkilämmönpoistojärjestelmät ja onnettomuustilanteita varten vielä niistä riippumattomat hätäjäähdytysjärjestelmät. Pienissä reaktoreissa jälkilämpöteho on niin pieni, että jälkilämmön poistamiseen ei välttämättä tarvita erillisiä hätäjäähdytysjärjestelmiä, vaan lämmönsiirto johtumalla reaktorin seinämien läpi voi riittää. ^[1]

Jälkilämpöä syntyy myös sen jälkeen, kun käytetty polttoaine on poistettu ydinreaktorista. Tämän takia käytettyä polttoainetta säilytetäänkin veden alla vähintään muutamia vuosia reaktorista poistamisen jälkeen. Jälkilämpö täytyy ottaa huomioon myös käytetyn polttoaineen loppusijoituksessa kallioperään. ^[1]