Современные атомные электростанции имеют и очевидные недостатки. Все недостатки АЭС, несмотря на относительную чистоту при функционировании, связаны с экологией. Прежде всего, это тепловое загрязнение. По масштабам теплового загрязнения АЭС не имеют себе равных среди всех типов электростанций. Все дело в том, что АЭС расходует огромное количество воды из водохранилища для нужд охлаждения конденсаторов (куда поступает отработанный пар из турбин).

Большое количество воды для охлаждения нужно, так как КПД охлаждения у АЭС не очень высокое и составляет всего лишь около 30 процентов (а бывает и меньше). В результате процесса охлаждения конденсаторов АЭС вода сильно нагревается, и возвращается обратно в водохранилище уже нагретой на несколько градусов. В результате нарушается тепловой баланс водной системы вокруг размещения атомной электростанции, ведь вода из водохранилищ попадает в грунтовые воды, а также испаряется и затем проливается на землю в виде осадков. В результате температура водной экосистемы всего района размещения АЭС сильно повышается.

Тепловое загрязнение водной экосистемы можно заметно снизить, или вовсе устранить. Для этого многие атомные электростанции сооружают возле себя специальные искусственные водохранилища, изолированные от остальной водной экосистемы района. Кроме того, многие атомные электростанции используют для охлаждения не воду из водохранилищ, а специальные башни-градирни. В этих градирнях и происходит процесс охлаждения. Градирни, как правило, имеют огромные размеры. Еще одним способом, позволяющим снизить тепловое загрязнение водоемов, является использование теплой, горячей воды для отопления населения, промышленных предприятий, объектов социального назначения. В таком случае атомная электростанция превращается в АТЭЦ – атомную теплоэлектроцентраль. АТЭЦ вырабатывает и электрическую, и тепловую энергию.