核電池是將放射性同位素（電影中的核電池用的是鈽）衰變放出的載能粒子所蘊含的能量轉變為電能的裝置。舉例來說，美國的好奇號火星車的動力是由一臺多任務放射性同位素熱電發生器供給能源。這臺發電機本質上是一塊核電池，它可以將熱能轉化為電能。它主要包括兩個組成部分：一個裝填鈽-238二氧化物的熱源，以及一組固體熱電偶，它們可以將「鈽-238」產生的熱能轉化為電力。
核電池在蛻變過程中會不斷以具有熱能的射線的形式，向外放出比一般物質大得多的能量。
這個過程有兩個特點：一是蛻變時放出的能量大小、速度，不受外界環境中的溫度、化學反應、壓力、電磁場的影響，因此，核電池抗幹擾性強，工作準確可靠；另一個特點是蛻變時間很長，這決定了核電池可長期使用。
核電池可分為高電壓型和低電壓型兩種類型。高壓型核電池利用發射源發射的帶點粒子產生的電勢差產生電流，雖然這種核電池的電壓可以高達150千伏，但電流最大只有10A。低壓型核電池的電壓則很低，只有幾十mV至1V。比如溫差式核電池是屬於低電壓型核電池，目前，低電壓型核電池使用的更為廣泛。
溫差核電池也被叫做「放射性同位素溫差發電器」，它是同位素放射出的載能粒子直接轉變為電能的裝置，是由一些性能優異的半導體材料，如碲化鉍、碲化鉛、鍺矽合金和硒族化合物等，把許多材料串聯起來組成，再加上一個合適的熱源和換能器，在熱源和換能器之間形成溫差才可發電。
溫差發電的原理是熱電轉換效應，該效應於1821年由德國科學家塞貝克發現，因此也被稱為塞貝克效應——由兩種材料組成的迴路，當接點溫度不同時，電路中會產生電流。
那塞貝克效應的原因還在呢？
熱端金屬中的自由電子的平均動能是高於冷端的，因此，相對於冷端的自由電子流向熱端的速度，熱端的自由電子會以更高的速度流向冷端，從而產生從熱端流向冷端的淨電子流，導致冷端的電子積累，進而產生內建電場，阻礙電子進一步積累，並最終達到平衡狀態。
核電池的核心是換能器。目前常用的換能器叫靜態熱電換能器，它利用熱電偶的原理在不同的金屬中產生電位差，從而發電。它的優點是可以做得很小。在外形上，核電池雖有多種形狀，但最外面部分大都由合金製成，起保護電池和散熱的作用；次外層是輻射屏蔽層，防止輻射線洩漏出來；第三層是換能器，在這裡熱能被轉換成電能；最後是電池的心臟部分，放射性同位素原子在這裡不斷地發生蛻變並放出熱量。
大型的核電池，主要用於軍事、工業、深海設施和航天。在軍事上，核電池已經為一些裝備提供能源，比如海下聲納、水下監聽器的電源。在航天領域，陽光太弱、宇宙射線過強會導致太陽電池失效，只有核電池能長期可靠的工作。在工業上，核電池可以在終年積雪的高山、遙遠荒涼的孤島、荒無人煙的沙漠等地區使用。在深海設施方面，如各種海下科學儀器與海底油井閥門的開關和海底電纜中繼器等，核電池不僅能耐5~6km深海的高壓，安全可靠地工作，而且可以幾十年不跟換。不過，無論是高壓型核電池還是低壓型核電池，都存在問題，前者電流偏小，後者電壓偏小，都只能在特定的一些場景應用，做不到普適性。加上成本、安全等方面的問題，短時間根本不可能大規模民用化。
個別廠商炒作核電池，或者用核電池給新能源汽車背書，則是類似「納米」、「石墨烯」、「量子」的又一次炒作。
誠然，100年後，如果解決了安全、能源轉換效率和成本等方面的問題，那核電池微型化將不再是夢想。而當微型核電池技術成熟是，從充滿科幻色彩的單兵動力盔甲，到日常生活中飽受電池續航力差困擾的手機，都將獲得充足的能源。