Baterie jądrowe mogą wytworzyć dużo więcej energii z jednostki masy baterii niż baterie chemiczne i są w stanie pracować przez dziesiątki lat. Niedogodnością jest niewielka sprawność (około 0,1–5%) i mała wydajność rzędu nano- lub mikrowatów na cm², podczas gdy baterie konwencjonalne osiągają wydajność kilku W/cm². Dlatego do uzyskania odpowiedniej mocy konieczne jest użycie elektrod o dużej powierzchni.
Baterii jądrowej nie należy mylić z radioizotopowym generatorem termoelektrycznym (RTG), który wytwarza energię elektryczną także z rozpadu promieniotwórczego, ale jego zasada działania jest zupełnie inna.
Baterie betawoltaiczne Bateria betawoltaiczna jest odmianą baterii jądrowej. Zamiast elektrody zastosowana jest płytka półprzewodnikowa ze złączem p-n. Pierwiastek promieniotwórczy podczas rozpadu, emituje promieniowanie β, co powoduje wytworzenie się w półprzewodniku par dziura-elektron. Gromadzenie się tych par, wywołuje powstanie siły elektromotorycznej. Zasada działania jest podobna do działania baterii słonecznej, w której fotony światła widzialnego (a nie promieniowanie jonizujące) powodują powstanie par dziura-elektron.