원자력 연구개발사업은 원자력 안전연구 인프라를 토대로 최고 수준의 원자력 안전기술 역량 확보, 핵 비확산성･경제성･안전성･지속가능성이 향상된 제4세대 원자력 시스템 핵심기술 확보, 원자력 지속 가능한 발전을 위하여 핵 비확산성 및 국제 경쟁력을 확보한 환경 친화적 핵연료 주기 핵심기술개발, 선진 원자력 기술 개발에 기반이 되는 핵심 원천기술과 원자력 분야의 기술 선점 효과가 큰 기반기술 적기 확보, 방사선 핵심기술을 조기에 확보하여 국가 과학기술발전을 촉진하며 국민 건강증진 및 국가 산업 경쟁력 강화 등을 통하여 선도형 기술개발을 통한 원자력･방사선 기술강국 위상 강화를 목표로 추진되고 있으며, 분야별 연구개발 성과는 다음과 같다.
원자력 연구개발사업은 원자력 안전기술 능력 마련, 제4세대 원자력 시스템 중심기술 마련, 환경 친화적 핵연료 주기 핵심기술개발, 원자력･방사선 기술선도국 입지 강화 등을 목적으로 한다.