Nuklearni inženjering je polje u kojem nuklearni inženjeri rade s zračenjem i radioaktivnim materijalima kako bi dizajnirali procese i razvili njihovu upotrebu u proizvodnji električne energije, industriji i nuklearnoj medicini. Oni koji rade u industriji nuklearnog inženjeringa rješavaju stvarne probleme poput upravljanja nuklearnim otpadom, protokola odgovora na nesreće u nuklearnim elektranama i kako zračenje može učinkovito liječiti rak. Ljudi koji rade u industriji nuklearnog inženjerstva prošli su opsežnu obuku i imaju visoku sposobnost za naprednu matematiku, kemiju i fiziku. Postoji mnogo različitih specijaliziranih područja unutar nuklearnog inženjeringa, uključujući proizvodnju nuklearne energije, medicinsko korištenje nuklearne energije i utjecaj nuklearnih nusproizvoda na okoliš.
Od kasnog 19. stoljeća, inženjeri su zamišljali sve vrste korištenja energije pohranjene u atomima, uključujući korištenje pare, proizvedene nuklearnom energijom, za okretanje turbina i proizvodnju električne energije. Godine 1957. počela je s radom prva nuklearna elektrana punog opsega. Godine 1984. količina električne energije proizvedene nuklearnom energijom nadmašila je hidroelektranu, a 2011. samo u SAD-u postoji 109 nuklearnih elektrana koje proizvode 610 milijardi kilovat sati električne energije.
U svijetu medicine, nuklearna energija se koristi u aplikacijama u rasponu od magnetske rezonancije (MRI), liječenja raka i operacije pomoću nuklearnog gama noža. Dok su rane vrste terapije zračenjem uzrokovale nepotrebno oštećenje okolnih tkiva, liječnici sada mogu točno odrediti točnu količinu zračenja potrebnu za ubijanje tumora bez oštećenja drugih vitalnih tkiva i organa. Fokusirane zrake zračenja koje se koriste u gama nožu omogućuju kirurzima da izvedu neinvazivni medicinski zahvat, liječeći tumore duboko u tijelu. Ostali nuklearni medicinski uređaji uključuju stereotaktičke uređaje, laserske zrake i linearne akceleratore koji ciljaju i liječe pacijente bez operacije. Jedna trećina svih medicinskih postupaka u SAD-u koristi neku vrstu tehnike koju je razvilo nuklearno inženjerstvo.
Očuvanje okoliša također je važan dio nuklearnog inženjeringa. Postoje mnoge nacionalne i međunarodne agencije poput Regulatorne komisije za nuklearnu energiju (NRC) i Međunarodne agencije za atomsku energiju (IAEA) koje imaju zadatak pomno pratiti korištenje i odlaganje nuklearnih materijala. Organizacije poput Instituta za nuklearnu energiju štite okoliš radeći s drugim organizacijama na razvoju metoda i postupaka za sigurno rukovanje opasnim nuklearnim otpadom proizvedenim u proizvodnji nuklearne energije. Drugi nuklearni inženjeri rade na dizajniranju sigurnije opreme nuklearne elektrane, razvijaju nove sigurnosne protokole za sprječavanje i rukovanje slučajnim onečišćenjem te pronalaze nove metode za odlaganje nuklearnog otpada.