Le cœur du réacteur n'est pas immergé dans l'eau, mais l'eau circule dans les canalisations indépendantes (des tubes de force). Le carburant nucléaire se trouve sous forme de longues barres dans les canalisations. Il est possible de replacer les tiges de carburant pendant le fonctionnement du réacteur.

La séparation de la vapeur s'effectue dans des chaudrons séparés du réacteur, où les tubes de force se rencontrent. Il y a deux séparateurs de vapeur et deux turbines par réacteur.

Le réacteur permet également la production de plutonium (utilisé dans la fabrication d'armes nucléaires) ce qui est interessant pour les militaires. Pour obtenir du plutonium on remplace certaines barres de carburant par des barres contenant des éléments fertiles (qui vont produire les éléments recherchés grâce au bombardement neutronique).

Le réacteur est maintenu dans les limites de son fonctionnement stable par des barres de controle qui sont plus ou moins retirées du cœur. Les barres absorbent tous les neutrons et stoppent la réaction en chaine. Le réacteur ne produit alors de la chaleur que par la radioactivité naturelle du carburant nucléaire. Les barres glissent entre les barres de graphite.

Ce type de réacteur est moins stable, c'est ainsi que la catastrophe de Chernobyl a pu se produire. Les barres de graphite servent à modérer les neutrons pour permettre une réaction en chaine. L'eau n'a pas d'effet modérateur, puisque cet effet est déjà effectué par les barres. L'eau absorbe une partie de neutrons.

Ce type de réacteur a un coéfficient de vide positif: quand des bulles de vapeur apparaissent, la densité de l'eau diminue et l'absorption de neutrons est moindre à cet endroit. La réaction a tendance à augmenter à cet endroit. La vapeur d'eau absorbe moins de chaleur, ce qui augmente encore la chaleur locale.

Si la température de l'eau à l'entrée du réacteur est trop élevée, l'eau peut déjà entrer en ébullition en bas du réacteur, ce qui cause localement un vide d'eau qui accélère localement les réctions. La température du réacteur doit parfaitement être controlée pour que l'ébullition ne se produire qu'en haut du réacteur.

Le réacteur a une différence de température très faible entre l'entrée et la sortie du réacteur. L'eau qui est très proche du point d'ébullition peut provoquer une cavitation dans les pompes d'alimentation en eau du réacteur.

Les barres de graphite qui absorbent l'énergie cinétique des neutrons s'échauffent. Le barres se retrouvent également dans un état instable comme de l'eau surchauffée qui se transforme brusquement en vapeur au moindre choc. C'est ainsi que la catastrophe nucléaire de Windscale a eu lieu.

Ici, le graphite retombe brusquement à son état de basse énergie en libérant de fortes quantités de chaleur, jusqu'à chauffer les barres au rouge. Les tubes de force se déforment et libèrent de l'eau, qui se décompose au contact du graphite, produisant de l'hydrogène qui peut causer des explosions dans l'enceinte de confinement.

Les réacteurs ont été adaptés après la catastrophe en Ukraine: on utilise plus de matériel aborbant (ce qui limite un peu le coéfficient positif de l'eau). Les barres de combustible doivent être plus enrichies pour compenser l'absorption. Les barres de controles ont été remplacées par des modèles qui permettent un fonctionnement plus rapide. Les réacteurs restent malgré tout assez instables et on n'en a pas fabriqué de nouveaux après la catastrophe.