A termikus, hasadási nukleáris kutatóreaktorok általában aktív zónából, moderátorból, hűtőközegből, reflektorból, vezérlő és biztonsági rendszerből és biológiai védelemből állnak. Üzemanyaguk természetes izotóptartalmú (Θ235 = 0,72%) vagy dúsított, 235 tömegszámú uránizotóp, amelynek maghasadásával neutronok keletkeznek. Az előbbi megoldás akkor választható, ha a rendszer teljes neutronabszorpciója különösen kicsi (pl. nehézvízzel vagy grafittal moderált reaktorok); gyakori megoldás a közepesen dúsított (30–40%-ra) vagy kismértékben (3% körüli értekre) dúsított urán, de előfordul nagymértékben (> 80–90%-ra) dúsított üzemanyag is. Az urán általában rudak, illetve ezekből alkotott kötegek formájában van elhelyezve (négyzetes, hatszöges vagy kör alakú) tartószerkezetben, az ún. aktív zónában. Az aktív zónában találhatóak a vezérlő és biztonsági rudak, amelyek mozgathatók és nagy neutronabszorpciós hatáskeresztmetszettel rendelkező elemeket tartalmaznak például bóracél vagy bór-karbid (B4C) formában. Feladatuk a nukleáris láncreakció és a reaktor teljesítményének a szabályozása, és az esetleges biztonsági intézkedések megvalósítása. A moderátor (könnyűvíz, nehézvíz vagy grafit) szerepe az, hogy a maghasadás során keletkezett (ún. hasadási) neutronokat (amelyek átlagos energiája 1,7 MeV) a moderátor atommagjaival való többszörös ütközés révén fokozatosan lelassítsa a környezeti hőmérsékletnek (rezgési energiának) megfelelő kinetikus energiára (ami átlagosan 25 meV 20 °C hőmérsékleten), vagyis termalizálja. A maghasadás hatáskeresztmetszete ugyanis a neutronok csökkenő energiájával nő, így a neutrontermelő hasadási folyamat már dúsítás nélküli vagy viszonylag kis dúsítású nukleáris üzemanyaggal is megvalósítható önfenntartó módon, nukleáris láncreakció formájában. A hűtőközeg (könnyűvíz, nehézvíz, szén-dioxid vagy hélium) a maghasadás során vagy következtében keletkezett hőt elviszi az üzemanyagtól áramlással (keringetéssel) és megvédi azt a túlhevüléstől, deformálódástól, megolvadástól. A reflektor (berillium vagy grafit) az aktív zónát veszi körül, és a kiszökő neutronok arányát csökkenti visszaszórás révén. A biológiai védelem vagy kombinált árnyékolás (nehézbeton, vas, bórsav-oldat, víz, bórtartalmú paraffin, szénhidrogénpolimerek kombinációi) az aktív zónában keletkező sugárzásokat nyeli el. A kutatóreaktor aktív zónáját és annak környezetét úgy tervezik meg, hogy a felhasználható neutrontér paraméterei a kutatási és műszaki fejlesztési céloknak (köztük az aktivációs analízis igényeinek) leginkább és sokoldalúan megfeleljenek. Ezért több, jól megválasztott köteg helye üresen marad, ahol, valamint a zóna közelében, továbbá a reflektorban is besugárzó helyeket alakítanak ki. Ezek az ún. függőleges csatornák. A jól termalizált besugárzó helyet termikus csatornának, míg a fűtőelem közelében lévő besugárzó pozíciót gyorscsatornának is nevezzük. A vízlyukakban létrehozott besugárzó helyeken például a környezetnél nagyobb termikus neutronfluxus alakítható ki. Az aktív zónához vízszintes csatornák is kapcsolódnak radiális vagy tangenciális elrendezésben a neutronnyalábok kivezetése és/vagy kollimálása céljából.