第三代核電站的安全性和經濟性都將明顯優于第二代核電站。由于安全是核電發展的前提，世界各國除了對正在運行的第二代機組進行延壽與補充性建一些二代加的機組外，接下來新一批的核電建設重點是采用更安全、更經濟的先進第三代核電機組。我國國家引進的美國非能動AP1000核電站以及廣東核電集團公司引進的法國EPR核電站都屬于第三代核電站。
特點
世界各國在回顧三十余年第二代核電站的建造和運行經驗，尤其總結了美國三哩島核電站和切爾諾貝利核電站事故的經驗教訓之后，為使今后建造的核電站在安全性、經濟性、安全審評穩定性以及保護核電業主投資等方面有大的改進，首先是美國電力公司發起建立先進輕水堆（ALWR）設計的技術基礎，為設計美國下一代先進輕水堆(ALWR)，推行一項先進輕水堆ALWR計劃，編制了一份美國核電用戶要求文件(URD)，繼而歐洲10家核電公司也編寫了歐洲核電用戶要求(EUR)文件。
URD和EUR規范了第三代核電站的設計技術基礎，其要點如下：
1）ALWR計劃的目標：為未來的ALWR提供一整套設計的綜合要求、穩定的審批基準、支持ALWR電廠的發展。
2）ALWR 的14條政策：簡單化、設計裕量、人因、安全、設計基準與安全裕量、管理穩定性、標準化、成熟技術、可維護性、可建造性、質量保證、經濟性、預防人為破壞、睦鄰友好。
3）ALWR高層安全設計要求，其要點如下：
抗事故能力：所有工況下都具有負的功率反應性系數、采用最好的材料及水質、改進的人機界面系統、采用成熟的診斷監測技術、須留給操縱員足夠的時間（30分鐘或更長時間)來防止設備的損壞及防止導致較長停堆的電廠工況等。
防止堆芯損壞：防止堆芯損壞的專設安全系統應滿足執照設計基準要求及安全裕量基準、堆芯損壞頻率小于1×10-5/堆年等。
緩解事故能力：堅固而大容積的安全殼和相應的專設安全系統；采用現實源項分析；控制可燃氫氣的濃度；在累積發生頻率大于10-6/堆年的嚴重事故條件下，在廠址邊界處(離開反應堆大約0.5英里)，公眾個人的全身劑量小于25雷姆等要求。
4）第三代壓水堆核電站有兩種類型：改進型電廠（如EPR）和非能動型電廠(如 AP1000)。URD對兩種類型的核電廠又分別提出了專用要求，其要點如下：
改進型核電廠：更簡化的專設安全系統；至少有兩條隔離的和獨立的交流電源與電網相連；至少三十分鐘時間內，不考慮操縱員的干預；在喪失全部給水，至少在2小時內不應有燃料損壞；在喪失廠內外交流電源的8小時內，燃料沒有損壞等。
非能動型核電廠：不要求安全相關的交流電源；至少72小時內，不需要操作員干預；嚴重事故條件下，安全殼有足夠的設計裕量；不需要廠外應急計劃等。
以上概括了第三代核電站的特點，我國國家引進的美國非能動AP1000核電站屬于第三代核電站的非能動型核電廠，廣東核電集團公司引進的法國EPR核電站屬于第三代核電站的改進性核電廠。AP1000和EPR基本上都滿足了上述URD和EUR的相關要求。
技術差異
美國、法國、俄羅斯等國都是在吸取20年前的切爾諾貝利嚴重事故的慘痛教訓后，認識到預防和緩解嚴重事故的極端重要性，花大力氣進行研究開發預防和緩解嚴重事故的對策和措施，經過了十多年的努力，才達到了工程應用的程度。為此，國際原子能機構頒發了新的安全法規（第二版）對預防和緩解嚴重事故提出了嚴格要求，我國國家核安全局也頒布了新的安全法規，對預防和緩解嚴重事故提出了新的要求。
第二代核電技術在安全上不滿足國際原子能機構安全法規（第二版）對預防和緩解嚴重事故的要求，也不符合我國新頒布的安全法規對預防和緩解嚴重事故的要求，當然也不滿足URD和EUR的要求，但第三代核電技術能滿足這些要求的。這是第二代核電核電站與第三代核電站在技術上的主要差異。
例如AP1000和EPR的堆芯損壞頻率（CDF）分別為5.0894×10-7和1.18×10-6/堆年，大量放射性釋放概率分別為5.94×10-8和9.6×10-8/堆年，遠比第二代核電站低一至二數量級。
第二代核電核電站與第三代核電站技術上存在差異還體現在：先進的燃料管理技術、先進的反應堆設計技術、先進的人因工程、先進的數字化儀表控制系統和控制室、寬裕的操作員可不干預時間以及、模塊化設計和建造技術等方面。
在中國
中國政府從2003年起，就開始啟動了第三代核電技術的招標工作。在諸多國際競標者中，美國西屋聯合體以最先進的第三代先進壓水堆核電技術（AP1000）勝出。據稱，與美國西屋聯合體的一系列談判都是由國家核電（籌）來進行的。
2006年12月16日，中美簽署兩國政府《關于在中國合作建設先進壓水堆核電項目及相關技術轉讓的諒解備忘錄》，標志著我國正式決定引進 AP1000作為我國第三代核電站的主力堆型。2007年7月24日，三代核電自主化依托項目核島合同在北京簽署，全球首臺AP1000核電機組落戶浙江三門核電站。
中國購買美國4臺先進的AP1000核電機組，美方同時轉讓AP1000設計技術、設備制造和成套技術、建造技術等先進的核電技術，中方將完全擁有在引進AP1000核電技術基礎上改進和開發的、輸出功率大于135萬千瓦的、大型非能動核電站的知識產權。
最終，國家核電于2007 年7月24日，與美國西屋聯合體正式簽訂了4臺AP1000機組合同。合同執行情況良好，技術轉讓工作正有序開展。林誠格相信，“經過4臺機組的消化吸收，中國就能實現AP1000技術的自主化、國產化。”2012年9月26日，中國國家電監會透露，中國也在積極推進三代核電機組建設。[1] 2007年，中國決定走“引進、消化、吸收、再創新”路子，引進美國西屋公司三代AP1000核電技術，并成立了國家核電技術公司，作為技術引進、工程建設和自主化發展的主要載體和研發平臺。已有浙江三門、山東海陽兩個依托項目開工建設。國家核電技術公司在充分消化吸收AP1000設計技術基礎上進行的CAP1000初步設計已通過公司專家審查。
我國自主創新的第三代核電項目正在浙江三門和山東海陽進行建設，和正在運行發電的第二代核電機組相比，預防和緩解堆芯熔化成為設計上的必須要求，而這一點也正是作為第二代核電站的福島核電站事故中暴露出來的弱點。據悉，我國第三代核電站將裝備有蓄水池，這樣的“大水箱”在緊急情況下能釋放出大量的水，從而達到降溫等應急需求。
通過總結經驗教訓，美國、歐洲和國際原子能機構都出臺了新規定，把預防和緩解嚴重事故作為設計上的必須要求，滿足以上要求的核電站稱為第三代核電站。
世界上技術比較成熟、可以據以建造第三代核電機組的設計，主要有美國的AP1000(壓水堆)和ABWR(沸水堆)，以及歐洲的EPR(壓水堆)等型號，它們發生嚴重事故的概率均比第二代核電機組小100倍以上。美國、法國等國家已公開宣布，今后不再建造第二代核電機組，只建設第三代核電機組。而我國有13臺第二代核電機組正在運行發電，未來重點放在建設第三代核電機組上，并開發出具有我國自主知識產權的中國品牌的第三代先進核電機組。為此，國務院決定以浙江三門和山東海陽兩個核電項目作為第三代核電自主化依托工程，建設4套第三代AP1000壓水堆核電機組。國家中長期科技發展規劃綱要已將“大型先進壓水堆核電站”列為重大專項。
我國第三代核電自主化依托項目工程建設總體上進展順利，安全、質量、進度都處于全面受控狀態。在此過程中，我國引進消化吸收再創新和自主創新，在世界上率先掌握了第三代核電AP1000的五大核心關鍵技術，為推進中國核電產業技術水平的整體跨越，為實現我國第三代核電AP1000的自主化、批量化建設打下了堅實的基礎。核島筏基大體積混凝土一次性整體澆注技術、核島鋼制安全殼底封頭成套技術、模塊設計和制造技術、主管道制造技術、核島主設備大型鍛件制造技術，這幾項關鍵技術標志著我國核電技術達到新的水平。在建的三門核電站和海陽核電站均為第三代核電站，其主管道均由我國煙臺臺海瑪努爾核電設備股份有限公司提供，煙臺臺海瑪努爾核電設備有限公司是全球唯一具備二代和三代核電站主管道生產能力的企業。
