La vulnérabilité des installations nucléaires aux attaques délibérées est un sujet de préoccupation dans le domaine de la sûreté et de la sécurité nucléaires. Les centrales nucléaires, les réacteurs de recherche civils, certaines installations de combustible naval, les usines d'enrichissement d'uranium, les usines de fabrication de combustible mais aussi potentiellement les mines d'uranium sont vulnérables à des attaques qui pourraient entraîner une contamination radioactive à grande échelle. Il y a plusieurs types généraux de menaces : les attaques au sol de type commando sur des équipements qui s'ils sont endommagés pourraient entraîner la fusion du cœur d'un réacteur ou une dispersion massive de radioactivité, les attaques externes telles que l'écrasement d'un avion sur un ensemble de réacteurs, et les cyberattaques. Le survol par drone, les attaques par l'eau, l'infiltration de personnel malveillant ou encore le sabotage ou détournement des convois radioactifs sont également sources d'inquiétudes.
Attaques militaires Les réacteurs nucléaires deviennent des cibles privilégiées pendant les conflits militaires et, au cours des trois dernières décennies, ont été attaqués à plusieurs reprises lors de frappes aériennes, d'occupations, d'invasions et de campagnes militaires.
Incidents recensés Le , avant l'achèvement de sa construction, la centrale nucléaire d'Atucha I en Argentine a été temporairement occupée par l'Armée révolutionnaire du peuple alors que le site était ouvert au public un dimanche. S'étant emparés des armes du détachement de sécurité dont les membres avaient été faits prisonniers, ils avaient réussi à atteindre l'entrée du réacteur, scellée par d'imposants blocs de ciment, pour finalement y peindre le message « Pour l'unité des forces du peuple », l'étoile à cinq branche de l'organisation ainsi que son acronyme, ERP. Au moment de se retirer, ils ont eu un affrontement avec la police et tiré sur deux de ses agents.
Le , pendant la guerre Iran-Irak, la Force aérienne de la République islamique d'Iran a mené l', une frappe aérienne surprise sur le dans l'Irak baasiste. Les résultats du raid, qui a eu lieu à 17 kilomètres au sud-est de Bagdad, sont controversés. Un témoin oculaire a rapporté que deux bombes ont rebondi sur le dôme du réacteur. D'autres bombes auraient endommagé, entre autres, les pompes et les canalisations de la tour de refroidissement ainsi que les installations de stockage et de traitement déchets radioactifs liquides. Des journalistes français ont photographié sur place d'importants incendies déclenchés par l'attaque. Cependant, l'Occident mais également l'Irak ont affirmé qu'aucun dégât majeur n'avait été causé.
En , dans le cadre de l'opération Opera dont l'objectif était de ralentir l'accès à l'arme nucléaire de l'Irak, l'armée de l'air israélienne a lancé une frappe aérienne qui a complètement détruit le réacteur nucléaire de recherche Osirak, toujours sur le site d'Al Tuwaitha. Selon le renseignement israélien, aucune pollution radioactive n'aurait pu être engendrée car le réacteur n'était pas opérationnel et n'était pas encore chargé avec son combustible nucléaire. Toutefois, dix soldats irakiens ainsi qu'un ingénieur français ont été tués.
Le , Umkhonto we Sizwe, la branche armée du Congrès national africain (ANC), a attaqué la centrale nucléaire de Koeberg alors qu'elle était encore en construction et a posé quatre mines limpet à l'intérieur des installations. Deux d'entre elles ont explosé sur les couvercles de cuve et endommagé les mécanismes de barres de commande ; les deux autres ont causé des dégâts matériels importants dans les installations électriques. Les dommages causés ont été estimés à 500 millions de rands et la mise en service de la centrale a été repoussée de 18 mois.
Entre 1984 et 1987, l'Irak a bombardé la centrale nucléaire de Bouchehr en Iran à six reprises. Les réacteurs, qui étaient toujours en construction, ont été lourdement endommagés.
En 1991, pendant la guerre du golfe, l'US Air Force a bombardé les deux autres réacteurs nucléaires du site d'Al Tuwaitha et une installation pilote d'enrichissement en Irak. Les cœurs des réacteurs ont depuis été comblés avec du béton mais le site a été la cible de nombreux pillages à la suite de l'invasion américaine en 2003. Les matériaux contaminés ont été vendus ou utilisés localement comme ferraille.
Toujours en 1991, trois missiles Scud ont été lancés par l'Irak en direction du complexe nucléaire israélien de Dimona sans toutefois atteindre leur cible, s'écrasant ainsi dans le désert environnant.
Dans la nuit du 5 au , dans le cadre de l'opération Orchard, Israël a bombardé et détruit un immeuble camouflant un réacteur à eau lourde en construction dans le gouvernorat de Deir ez-Zor. Le régime syrien a toujours nié l'existence de cette installation de fabrication nord-coréenne. Dix ingénieurs nord-coréens ont d'ailleurs été tués lors de l'attaque.
Dans la nuit du 3 au , à la suite de l'invasion de l'Ukraine par la Russie, la centrale nucléaire de Zaporijjia à Enerhodar a été la cible de frappes par l'armée russe provoquant un incendie dans le bâtiment de formation du personnel situé à quelques centaines de mètres du réacteur , ainsi que le décès de trois salariés. Dès lors sous le contrôle des forces russes, la centrale et ses alentours ont fait l'objet de nombreux autres bombardements. Si aucun dégât n'a entraîné de rejets radioactifs sur le site, la centrale a dû être déconnectée et reconnectée au réseau électrique à plusieurs reprises. Le , après inspection du site, l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) a réclamé une zone de sécurité autour de la centrale, expliquant dans son rapport que « les bombardements sur le site et dans les environs doivent cesser immédiatement pour éviter de provoquer de nouveaux dommages aux installations ». Le , l'AIEA a déclaré qu'à la suite de nouveaux bombardements, la centrale a perdu sa dernière source d’alimentation électrique externe et que le site se procure « l’électricité dont il a besoin pour le refroidissement du réacteur et d’autres fonctions essentielles de sûreté et de sécurité nucléaires » uniquement grâce à des générateurs diesel. La centrale a été reconnectée au réseau le lendemain et Rosatom y a envoyé du diésel supplémentaire. Le 11 aout 2024, un incendie s'est déclaré dans l'une des deux tours aéroréfrigérantes de la centrale. Selon l'Ukraine, les occupants russes en étaient les responsables, et selon le gouverneur prorusse de la région, Evguéni Balitsky, l'incendie aurait été provoquée par le bombardement de la ville d'Energodar par l'armée ukrainienne. L'AIEA a indiqué qu'elle n'avait « pas relevé d'impact sur la sûreté nucléaire ».
L’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) a conclu qu’une frappe de drone, attribuée à la Russie par l'Ukraine, ayant atteint la centrale de Tchernobyl en avait "détruit la capacité de confinement" de l’arche protectrice et n'est plus en mesure de bloquer les radiations..
Le , lors de la guerre menée par Israël et les Etats-Unis contre l'Iran, la centrale nucléaire civile de Bouchehr en fonctionnement, dans le sud de l'Iran, a été touchée par un "projectile" sans faire de dégât sur l'infrastructure indique mercredi l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) qui rappelle les risques d'accident nucléaire entraînés par le conflit. Le , le site de la centrale nucléaire de Dimona en Israël a été ciblé par un missile balistique iranien tombé à cinq kilomètres.
La vulnérabilité des réacteurs nucléaires et des sites de stockage des déchets radioactifs situés en zone de guerre Les risques liés aux systèmes d'énergie nucléaire ne se limitent pas aux bombardements délibérés des centrales nucléaires et de leurs alentours. Les attaques menées délibérément ou non sur des sites de stockage des déchets radioactifs et leurs alentours sont également une préoccupation, qui n'a été que grandissante notamment avec les risques encourus durant la bataille de Tchernobyl le , se soldant par l'occupation de la centrale par les forces armées russes. Jusqu'au retrait des troupes russes le et afin d'éviter tout incident nucléaire, les employés de la centrales ont été forcés de continuer à y travailler. Cependant, l'épuisement et le stress provoqués par les conditions de travail particulièrement difficiles auraient pu entraîner des erreurs importantes de la part des employés. L'alimentation électrique de la centrale a par ailleurs été endommagée à plusieurs reprises, ce qui aurait pu provoquer une nouvelle catastrophe nucléaire si les générateurs de secours n'avaient pas été suffisamment alimentés en diesel.
Terrorisme nucléaire Le physicien américain Amory Lovins a écrit dans son livre en 1982 que les États-Unis fonctionnent depuis des décennies avec une énergie « fragile » - facilement bouleversée par un accident ou un acte de malveillance - et que cela constitue une importante menace grandissante pour la sécurité nationale, la vie, et la liberté. Lovins affirme que ces vulnérabilités sont de plus en plus exploitées. Son livre documente de nombreuses attaques importantes contre des installations de production d'énergie, sans lien avec une guerre, dans 40 pays et dans quelque 24 États des États-Unis. Une nouvelle édition du livre a été publiée en 2001 à la suite des attentats du .
Lovins affirme également qu'en 1966, 20 barres de combustible d'uranium naturel ont été volées par un ouvrier à la centrale nucléaire de Bradwell en Angleterre, et qu'en 1971, cinq autres ont été volées à la centrale nucléaire de Wylfa au Pays de Galles. En 1971, un intrus a blessé un des gardiens de nuit du réacteur de la centrale nucléaire de Vermont Yankee aux États-Unis. Le bâtiment du réacteur de l'Université de New York a été cambriolé en 1972, tout comme le bâtiment de stockage de combustibles de la centrale nucléaire d'Oconee en 1973. En 1975, des employés de l'usine de plutonium Kerr McGee ont volé et emporté chez eux des milliers de dollars de platine. Toujours en 1975, à la centrale nucléaire de Biblis en Allemagne, un député a démontré le manque de sécurité en transportant un bazooka dans toute la centrale sous son manteau avant de le présenter au directeur de celle-ci.
Les centrales nucléaires ont été conçues pour résister aux tremblements de terre, aux ouragans et à d'autres types de catastrophes naturelles. Cependant, les attaques délibérées impliquant de grands avions de ligne remplis de carburant, comme ceux qui se sont écrasés sur le World Trade Center et le Pentagone, n'ont pas été prises en compte lors de la détermination des exigences de conception du parc actuel de réacteurs. En 1972, trois pirates de l'air ont pris le contrôle d'un vol intérieur de passagers Southern Airways 49 le long de la côte est des États-Unis et ont menacé de faire s'écraser l'avion sur une usine d'armes nucléaires américaine à Oak Ridge, dans le Tennessee. L'avion s'est approché à 8 000 pieds au-dessus du site avant que les exigences des pirates de l'air ne soient satisfaites.
En , un homme a franchi avec sa voiture un poste de contrôle de la centrale nucléaire de Three Mile Island avant de foncer dans une porte métallique du bâtiment de la turbine du réacteur de l'unité 1. L'intrus, qui avait des antécédents de maladie mentale, est alors entré dans le bâtiment et s'y est caché pendant quatre heures avant d'être appréhendé. La journaliste Stephanie Cooke s'interroge : « Et s'il avait été un terroriste armé d'une bombe à retardement ? »