Hiện tượng nóng chảy của các thanh nhiên liệu hạt nhân khi nhiệt độ trong lõi của lò phản ứng tăng lên quá cao gọi là "nóng chảy hạt nhân". Nhiệt độ nóng chảy của các thanh nhiên liệu urani điôxít (UO2) là 2.865 độ C. Nóng chảy hạt nhân thường xảy ra khi hệ thống làm lạnh không thể đưa nước tới lõi của lò phản ứng - nơi chứa các thanh nhiên liệu.Trong những điều kiện bình thường, các thanh nhiên liệu UO2 được đặt trong nước để nhiệt độ trong thanh không đạt tới ngưỡng nóng chảy. Nước được bơm liên tục qua lõi của lò phản ứng. Nhưng nếu nước không được bơm với tốc độ đủ lớn, nó sẽ nóng rất nhanh do nhận lượng nhiệt lớn. Khi nhiệt độ đạt tới ngưỡng sôi, nước sẽ bốc hơi. Do nước sôi, mực nước trong lò phản ứng sẽ giảm. Khi mực nước tụt xuống dưới đỉnh của các thanh nhiên liệu, các thanh sẽ nóng lên. Nếu thanh nhiên liệu nhô ra khỏi nước khoảng một giờ, urani bắt đầu nóng chảy. Trong trường hợp nước bốc hơi hết, tất cả các thanh nhiên liệu trong lò phản ứng sẽ nóng chảy. Các thanh nhiên liệu bị nóng chảy sẽ dẫn tới các sản phẩm của phản ứng phân rã hạt nhân sẽ thoát khỏi lò và xâm nhập vào bể nén và có thể thoát ra ngoài bể nén nếu nước bị rò rỉ khỏi bể. Bên ngoài bể nén vẫn còn một lớp vỏ kim loại ngăn chặn rò rỉ phóng xạ, tuy nhiên lớp vỏ này có thể bị phá hủy do các vụ nổ bên trong hoặc bên ngoài lò phản ứng khiến chất phóng xạ bị phát tán ra ngoài.