W reaktorach BWR zwykła woda znajdująca się pod ciśnieniem ok. 7,0 MPa odparowuje bezpośrednio w rdzeniu reaktora i po osuszeniu jest kierowana do turbiny. Reaktor pełni więc funkcję wytwornicy pary i elektrownia z reaktorem BWR pracuje w układzie jednoobiegowym.

W porównaniu z reaktorem PWR układ jest znacznie uproszczony dzięki eliminacji wytwornic pary, głównych pomp obiegowych i stabilizatora ciśnienia Nie ma potrzeby stosowania wysokich ciśnień w celu zapobieżenia odparowaniu wody, w rezultacie czego zbiornik może mieć znacznie mniejszą grubość ścianek Zawartość pary w rdzeniu reaktora powoduje jednak, że gęstość mocy w reaktorze z wrzącą wodą jest mniejsza (do 50 MW/m3) niż w reaktorze PWR i dla tej samej mocy zbiornik musi mieć większe wymiary.

Pręty regulacyjne są wprowadzane od dołu i służą do regulacji reaktywności oraz do wyrównywania rozkładu mocy w rdzeniu. Jest to konieczne ze względu na zmienny rozkład generowanego ciepła wzdłuż osi pionowej rdzenia, spowodowany zmianą gęstości wrzącej wody.


Wadą jednoobiegowego układu jest praca wszystkich urządzeń obiegu roboczego (turbiny, skraplacza, pomp wody zasilającej itd.) w warunkach radioaktywnych. Wymaga to stosowania specjalnych osłon przed promieniowaniem, co utrudnia obsługę urządzeń.

Obieg chłodziwa wewnątrz zbiornika reaktora jest wymuszany za pomocą pomp recyrkulacyjnych zewnętrznych (zwykle dwie pompy) oraz kilkunastu pomp strumieniowych umieszczonych wewnątrz zbiornika na obwodzie rdzenia. W separatorze i osuszaczu pary, umieszczonych w górnej części zbiornika, uzyskuje się parę nasyconą o wilgotności ok. 0,3-0,5% przy ciśnieniu ok. 7 MPa (o temperaturze ok. 280°C). Z tego względu, podobnie jak w elektrowniach z reaktorami ciśnieniowymi, sprawność ogólna elektrowni nie przekracza 34%.

Do reaktorów z wrzącą wodą zalicza się także lekkowodne reaktory kanałowe z moderatorem grafitowym, budowane w ZSRR i oznaczane symbolem RBMK. W reaktorze tym, w odróżnieniu od reaktorów zbiornikowych, pod wysokim ciśnieniem znajdują się jedynie kanały o niewielkiej średnicy, zawierające zestawy paliwowe, złożone z kilkunastu prętów paliwowych. Rdzeń reaktora stanowi zespół bloków grafitowych z osiowymi otworami na kanały paliwowe. Reflektor neutronów i jednocześnie osłonę biologiczną stanowi gruba (500 - 800 mm warstwa grafitu. Dodatkową osłonę biologiczną tworzy pierścieniowy zbiornik wodny otaczający reaktor, o grubości warstwy 1200 mm oraz betonowa ściana zbiornika - studni o grubości 2000 mm.


Do zalet tych reaktorów należą: możliwość budowy reaktorów o bardzo dużych mocach (ze względu na brak zbiornika ciśnieniowego), możliwość przeładunków paliwa w czasie pracy i łatwość wprowadzenia jądrowego przegrzewania pary. Główną wadą jest bardzo duża liczba skomplikowanych kanałów i ich płączeń kolektorowych (ponad 1500) i związane z tym większe prawdopodobieństwo awarii.