Ein Brutreaktor ist ein Kernreaktor, der speziell entwickelt wurde, um mehr spaltbares Material (Kernbrennstoff) zu erzeugen, als er verbraucht. Abhängig vom Brutverhältnis eines Reaktors kann dieser mehr oder weniger neuen Brennstoff produzieren. Das Brutverhältnis stellt die Anzahl der neuen spaltbaren Atome dar, die für jedes Spaltungsereignis erzeugt werden. Die theoretische Obergrenze für das Brutverhältnis liegt bei 1.8, während die meisten Brutreaktoren so ausgelegt sind, dass sie ungefähr so viel spaltbares Material produzieren, wie sie verbrauchen. Es ist zu hoffen, dass Brutreaktoren die derzeitige Generation konventioneller Reaktoren im Zuge des weiteren Fortschritts in der Kernenergie ersetzen werden.
Die meisten traditionellen Kernreaktoren erzeugen während ihres Betriebs zusätzlichen Brennstoff, was die Brennstoffeffizienz erhöht. Mit der Entwicklung der Nuklearindustrie wurden diese Verhältnisse immer höher getrieben, was zu besseren Brennstoffeinsparungen führte. Es gibt immer noch technische Hürden bei der Entwicklung kostengünstiger Brutreaktoren, aber Brüter können eine Reihe von Vorteilen beanspruchen, die herkömmliche Reaktoren nicht bieten können. Das Größte ist, dass nach einer anfänglichen Beladung mit angereichertem Uran oder Plutonium ein Brutreaktor danach nur durch periodische Beladungen mit nicht angereichertem (natürlichem) Uran oder (in einem anderen Brutreaktortyp) Thorium betrieben werden kann. Thorium kommt in der Erdkruste etwa viermal häufiger vor als Uran, birgt ein sehr geringes Risiko für die Bewaffnung und erzeugt nuklearen Abfall, dessen Intensität viel schneller auf das Hintergrundniveau abnimmt als der Abfall aus einer konventionellen Anlage.
Ein Problem bei Brutreaktoren besteht darin, dass sie durch die Herstellung von bombenbereitem Kernbrennstoff wie Plutonium ein Atomwaffenrisiko erzeugen. Dieses Problem wird durch eine Stufe in der nuklearen Vorverarbeitung angegangen, in der dem Plutonium andere Elemente wie Curium und Neptunium in winzigen Mengen zugesetzt werden. Diese Form der Verarbeitung hat keinen Einfluss auf die Verwendung von Plutonium als Reaktorbrennstoff, macht es jedoch extrem schwierig, das Material zur Herstellung einer Atombombe zu verwenden, selbst wenn eine sehr anspruchsvolle Konstruktion verwendet wird.
Es wurden zwei Arten von Brutreaktoren vorgeschlagen. Der erste, der schnelle Brüter-Reaktor, verwendet eine anfängliche Brennstoffladung von Plutonium und benötigt danach nur noch Natururan als Energiequelle. Einige Prototypen wurden von Schnellbrütern gebaut, und Japan, China, Korea und Russland stellen alle Mittel für die weitere Entwicklung bereit. Der zweite Typ von Brutreaktoren ist ein thermischer Brutreaktor, der eine anfängliche Brennstoffbeschickung mit angereichertem Uran verwendet und danach nur Thorium verwendet. Thermische Brutreaktoren wurden bisher nur in kleinem Maßstab gebaut, wobei Indien 2006 die ersten Schritte in Richtung industrieller Entwicklung unternahm.