Reiner Graphit ist relativ leicht herzustellen und zeigt sehr geringe Neutronenabsorption. Ein graphitmoderierter Kernreaktor kann daher mit nicht-angereichertem Uran (Natururan) betrieben werden. Der erste 1942 unter Leitung von Enrico Fermi in Chicago gebaute und funktionsfähige Versuchsreaktor war so konstruiert. Graphitmoderierte Leistungsreaktoren sind die britischen Magnox-Reaktoren, ebenso die später in der Sowjetunion entwickelten RBMK-Reaktoren, die heute nur noch in Russland in Betrieb sind. Beim Reaktorunfall von Tschernobyl im Jahre 1986 konnte die Kettenreaktion des überhitzten RBMK-Reaktors nicht mehr unterbrochen werden; der Graphit behielt seine moderierenden Eigenschaften, und somit wurde die Leistungserzeugung bis zur Kernschmelze aufrechterhalten. Der größte Schaden entstand aber, weil der Graphit (reiner Kohlenstoff) brannte und die heißen Rauchgase die radioaktiven Partikel mit in große Höhen transportierten. Ein weiterer graphitmoderierter Leistungsreaktortyp ist der gasgekühlte Hochtemperaturreaktor.