Una batería atómica obtiene energía para hacer funcionar un dispositivo a partir de la descomposición de isótopos radiactivos. Estas baterías pueden tener una vida útil extremadamente larga, lo que las hace útiles para aplicaciones en las que es difícil o imposible acceder a los componentes con el fin de reemplazar la batería. A veces se las denomina «baterías nucleares», aunque es un nombre poco apropiado, ya que no dependen de una reacción en cadena para generar energía. Son muy estables y seguros cuando se construyen correctamente y con los isótopos apropiados.
Una aplicación para baterías atómicas se utiliza para impulsar naves espaciales. Las sondas, los telescopios y otros equipos necesitan una fuente de energía, pero es posible que no se puedan reparar para reemplazar las baterías. Una batería atómica puede proporcionar la energía necesaria para mantener los sistemas en funcionamiento y enviar señales de regreso a la base, y debería durar toda la vida útil del dispositivo. Otros equipos que deben dejarse desatendidos durante períodos prolongados pueden confiar en esta tecnología, que también tiene aplicaciones potenciales para cosas como dispositivos médicos implantados.
Estas baterías pueden extraer energía de isótopos radiactivos de varias formas. Algunos dependen de la energía térmica. A medida que los isótopos se descomponen, producen calor, que una batería atómica puede aprovechar para producir electricidad. El calor también puede ser útil en dispositivos como naves espaciales, que necesitan una fuente de calor para mantener los instrumentos científicos en un rango de temperatura seguro. En el frío profundo del espacio, los componentes se congelarían rápidamente sin calentarse, pero gastar energía en calor podría hacer que el equipo se quede sin energía, por lo que las baterías atómicas proporcionan tanto calor como energía para resolver este problema.
Otros dispositivos se basan en métodos no térmicos de generación de energía. El método más común aprovecha la emisión de partículas beta para generar electricidad. Este diseño de batería atómica se conoce como diseño betavoltaico y es bastante seguro para su uso en personas, porque las partículas beta no pueden penetrar la piel humana. Son mucho más débiles que las partículas gamma más peligrosas que pueden ser motivo de preocupación con algunos isótopos radiactivos.
También es potencialmente posible convertir la desintegración directamente en energía cinética para usarla para mover los componentes mecánicos de un dispositivo. Los proyectos experimentales de baterías atómicas han demostrado cómo esta aplicación podría ser útil para algunos dispositivos médicos y otros equipos. La vida útil de la batería depende de las características del isótopo utilizado para fabricarla, pero podría ser una década o más. Esto puede satisfacer las necesidades de muchos dispositivos, proporcionando un suministro de energía estable durante un período de tiempo prolongado.