Fortum har produsert elektrisitet fra kjernekraft siden 1977. Selskapet eier kjernekraftverket Loviisa i Finland som dekker omtrent 10 % av landets energiproduksjon. Fortums kjernekraft omfatter også et deleierskap i Oskarhamns kjernekraftverk og Forsmarks kjernekraftverk i Sverige, og har i tillegg en eierandel i Industirns Kraft i Sverige som driver to reaktorer ved Olkiluoto kjernekraftverk. I 2013 inngikk Fortum en avtale med Rosatom og britiske Rolls-Royce om å utvikle kjernekraft. Selskapet tilbyr tjenester innen kjernekraftsikkerhet og avfallshåndtering i tillegg til systemtjenester ofr kjernekraftindustiren. Selskapet driver også forskning innen kjernekraftsikkerhet og som har egne patenter for å minimere kjerneavfall. Fortum deltar også i verdens største dekontamineringsoperasjon av radioaktive væsker ved Fukushima katastrofeopprydding.