快中子反應堆不用鈾-235，而用鈈-239作燃料，不過在堆心燃料鈈-239的外圍再生區裏放置鈾-238。鈈-239產生裂變反應時放出來的快中子，被裝在外圍再生區的鈾-238吸收，鈾-238就會很快變成鈈-239。這樣，鈈-239裂變，在產生能量的同時，又不斷地將鈾-238變成可用燃料鈈-239，而且再生速度高於消耗速度，核燃料越燒越多，快速增殖，所以這種反應堆又稱快速增殖堆。據計算，如快中子反應堆推廣應用，將使鈾資源的利用率提高50-60倍，大量鈾-238堆積浪費、汙染環境問題將能得到解決。
熱中子反應堆是壹種安全、幹凈都達到要求的經濟能源，在目前以及今後壹段時間內它將是發展核電的主要堆型。然而，熱中子反應堆所利用的燃料鈾235，在自然界存在的鈾中只占0.7%，而占天然鈾99.3%的另壹種同位素鈾238卻不能在熱中子的作用下發生裂變，不能被熱中子堆所利用。自然界中的鈾儲量是有限的，如果只能利用鈾235，再有30年同樣會面臨鈾235匱缺的危險。因此人們把取得豐富核能的長遠希望，寄托在能夠利用鈾235以外的可裂變燃料上。於是，快中子增殖反應堆便應運而生。
如果核裂變時產生的快中子，不像輕水堆時那樣予以減速，當它轟擊鈾238時，鈾238便會以壹定比例吸收這種快中子，變為鈈239。鈾235通過吸收壹個速度較慢的熱中子發生裂變，而鈈239可以吸收壹個快中子而裂變。鈈239是比鈾235更好的核燃料。由鈾238先變為鈈，再由鈈進行裂變，裂變釋出的能量變成熱，運到外部後加以利用，這便是快中子增殖堆的工作過程。
在快中子增殖堆內，每個鈾239核裂變所產生的快中子，可以使12至16個鈾238變成鈈239。盡管它壹邊在消耗核燃料環239，但壹邊又在產生核燃料鈈239，生產的比消耗的還要多，具有核燃料的增殖作用，所以這種反應堆也就被叫做快中子增殖堆，簡稱快堆。在快中子反應堆中,不能使用水來傳遞堆芯中的熱量,因為它會減緩快中子的速度，鈉和鉀的合金可用於快中子反應堆作熱交換劑。
快堆使用直徑約1米的由核燃料組成的堆芯，鈾238包圍著堆芯的四周，構成增殖層，鈾238轉變成鈈239的過程主要在增殖層中進行。堆芯和增殖層都浸泡在液態的金屬鈉中。因為快堆中核裂變反應十分劇烈，必須使用導熱能力很強的液體把堆芯產生的大量熱帶走，同時這種熱也就是用作發電的能源。鈉導熱性好而且不容易減慢中子速度，不會妨礙快堆中鏈式反應的進行，所以是理想的冷卻液體。反應堆中使用吸收中子能力很強的控制棒，靠它插入堆芯的程度改變堆內中子數量，以調節反應堆的功率。為了使放射性的堆芯同發電部分隔離開，鈉冷卻系統也分壹次回路和二次回路。壹次回路直接同堆芯接觸，通過熱交換器把熱傳給二次回路。二次回路的鈉用以使鍋爐加熱，產生483℃左右的蒸氣，用以驅動汽輪機發電。 快中子增殖堆幾乎可以百分之百地利用鈾資源，所以各國都在積極開發，現在全世界已有幾十座中小型快堆在運行。