Atomska baterija dobiva snagu za pokretanje uređaja iz razgradnje radioaktivnih izotopa. Ove baterije mogu imati iznimno dug životni vijek, što ih čini korisnim za primjene u kojima je teško ili nemoguće pristupiti komponentama u svrhu zamjene baterije. Ponekad se nazivaju “nuklearnim baterijama”, iako je to pomalo pogrešan naziv, jer se ne oslanjaju na lančanu reakciju za stvaranje energije. Vrlo su stabilni i sigurni kada su pravilno konstruirani i izrađeni s odgovarajućim izotopima.
Jedna aplikacija za atomske baterije koristi se za napajanje svemirskih letjelica. Sonde, teleskopi i druga oprema trebaju izvor energije, ali možda neće biti upotrebljivi za zamjenu baterija. Atomska baterija može osigurati energiju potrebnu za održavanje sustava u radu i slanje signala natrag u bazu, a trebala bi trajati cijeli životni vijek uređaja. Druga oprema koju treba ostaviti bez nadzora dulje vrijeme može se osloniti na ovu tehnologiju, koja također ima potencijalnu primjenu za stvari poput implantiranih medicinskih uređaja.
Ove baterije mogu na više načina izvlačiti energiju iz radioaktivnih izotopa. Neki se oslanjaju na toplinsku energiju. Kako se izotopi razgrađuju, oni proizvode toplinu koju atomska baterija može iskoristiti za proizvodnju električne energije. Toplina također može biti korisna na uređajima poput svemirskih letjelica, kojima je potreban izvor topline kako bi znanstveni instrumenti bili u sigurnom temperaturnom rasponu. U dubokoj hladnoći svemira, komponente bi se brzo smrznule bez zagrijavanja, ali trošenje energije na toplinu moglo bi uzrokovati da oprema ostane bez snage, tako da atomske baterije osiguravaju i toplinu i snagu za rješavanje ovog problema.
Ostali uređaji oslanjaju se na netoplinske metode proizvodnje energije. Najčešća metoda koristi prednost emisije beta čestica za stvaranje električne energije. Ovaj dizajn atomske baterije poznat je kao betavoltaični dizajn i prilično je siguran za korištenje u blizini ljudi, jer beta čestice ne mogu prodrijeti u ljudsku kožu. Oni su puno slabiji od opasnijih gama čestica koje mogu zabrinjavati neke radioaktivne izotopi.
Također je potencijalno moguće pretvoriti raspad izravno u kinetičku energiju za korištenje za pomicanje mehaničkih komponenti uređaja. Eksperimentalni projekti atomskih baterija pokazali su kako bi ova aplikacija mogla biti korisna za neke medicinske uređaje i drugu opremu. Vijek trajanja baterije ovisi o karakteristikama izotopa koji se koristi za njegovu izradu, ali može trajati desetljeće ili više. To može zadovoljiti potrebe mnogih uređaja, osiguravajući stabilnu opskrbu energijom tijekom duljeg vremenskog razdoblja.