为确保作为核燃料的放射性物质不会泄露到环境中，核电站在设计时考虑了三道屏障。

第一道屏障是燃料元件包壳。轻水堆核燃料采用低富集度二氧化铀，将其烧结成芯块。叠装在锆合金包壳管内，两端用端塞封焊住。裂变产物有固态的，也有气态的，它们中的绝大部分容纳在二氧化铀芯块内，只有气态裂变产物能部分地扩散出芯块，进入芯块和包壳之间的间隙内。

第二道屏障是将反应堆冷却剂全部包容在内的一回路压力边界。压力边界的形式与反应堆类型、冷却剂特性以及其他设计考虑有关。压水堆一回路压力边界由反应堆容器和堆外冷却剂环路组成，包括蒸汽发生器传热管、泵、稳压器和连接管道。压力容器通常由20厘米左右壁厚的不锈钢做成，可以承受一百多个大气压的压力，避免放射性物质释放出去。为确保第二道屏障的严密性和完整性，防止带有放射性的冷却剂漏出，除了设计时在结构强度上留有足够的裕量外，还必须对屏障材料的选择、制造和运行给以极大注意。

第三道屏障是安全壳，即一回路厂房。它将反应堆、冷却剂系统的主要设备(包括一些辅助设备)和主管道包容在内。当事故(如失水事故、地震)发生时，它能阻止从一回路系统外逸的裂变产物泄漏到环境中去，是确保核电厂周围居民安全的最后一道防线。安全壳也可保护重要设备免遭外来袭击(如飞机坠落)的破坏。对安全壳的密封有严格要求，如果在失水事故后24小时内安全壳总的泄漏率小于0.3％安全壳内所含气体的质量，则认为达到要求。为此，在结构强度上应留有足够的裕量，以便能经受住冷却剂管道大破裂时压力和温度的变化，阻止放射性物质的大量外逸。它还要设计得能够定期进行泄漏检查，以便验证安全壳及其贯穿件的密封性。

可见，核电站在确保包容放射性物质方面做了非常周到的考虑，利用多道屏障的方式防止其泄漏，只要能确保任何一道屏障完好，就可以避免放射性物质泄漏。其主要问题在于停堆后余热如何排出。在反应堆停堆的情况下，余热冷却系统的泵所需电力要靠外部输入。一般情况会准备多路外电网输入，同时每台机组一般有2台应急柴油发电机供电，而且同一电厂内各机组的应急柴油发电机也可互相备用。

3月11日日本特大地震后，福岛第一核电站的外电网全部瘫痪，自身应急柴油发电机也未能正常启动。由于主电源和备用电源供应均遭海啸袭击损毁，堆芯失去强迫冷却手段，致使部分燃料棒露出水面无法得到足够冷却而熔化，最终引起核泄露事故。