Atominė baterija energiją įrenginiui paleisti gauna suskaidžius radioaktyviuosius izotopus. Šios baterijos gali tarnauti labai ilgai, todėl jos naudingos tais atvejais, kai sunku arba neįmanoma pasiekti komponentų norint pakeisti akumuliatorių. Kartais jie vadinami „branduolinėmis baterijomis“, nors tai yra šiek tiek klaidinga pavardė, nes energijos generavimui jie nepriklauso nuo grandininės reakcijos. Jie yra labai stabilūs ir saugūs, kai yra tinkamai sukonstruoti ir pagaminti iš atitinkamų izotopų.
Viena atominių baterijų programa naudojama erdvėlaivių maitinimui. Visiems zondams, teleskopams ir kitai įrangai reikia maitinimo šaltinio, tačiau jų gali nepavykti pakeisti baterijų. Atominė baterija gali suteikti energijos, reikalingos sistemoms veikti ir signalams siųsti atgal į bazę, ir turėtų veikti visą įrenginio eksploatavimo laiką. Kita įranga, kurią reikia palikti be priežiūros ilgą laiką, gali būti pagrįsta šia technologija, kuri taip pat gali būti pritaikyta tokiems dalykams kaip implantuoti medicinos prietaisai.
Šios baterijos gali išgauti energiją iš radioaktyviųjų izotopų įvairiais būdais. Kai kurie pasikliauja šilumine energija. Skildami izotopams, jie gamina šilumą, kurią atominė baterija gali panaudoti elektros energijai gaminti. Šiluma taip pat gali būti naudinga įrenginiuose, pvz., erdvėlaiviuose, kuriems reikalingas šilumos šaltinis, kad moksliniai instrumentai būtų saugiame temperatūros diapazone. Esant dideliam šalčiui kosmose, komponentai greitai užšaltų be šildymo, tačiau išeikvojus energiją šilumai, įranga gali išsekti, todėl atominės baterijos tiekia šilumą ir energiją, kad išspręstų šią problemą.
Kiti įrenginiai remiasi nešilumos energijos gamybos metodais. Labiausiai paplitęs metodas naudoja beta dalelių emisiją, kad būtų sukurta elektros energija. Šis atominės baterijos dizainas žinomas kaip betavoltinis dizainas ir yra gana saugus naudoti žmonėms, nes beta dalelės negali prasiskverbti per žmogaus odą. Jie yra daug silpnesni nei pavojingesnės gama dalelės, kurios gali kelti susirūpinimą dėl kai kurių radioaktyvių izotopų.
Taip pat potencialiai įmanoma skilimą tiesiogiai paversti kinetine energija, kad būtų galima perkelti mechaninius įrenginio komponentus. Eksperimentiniai atominių baterijų projektai parodė, kaip ši programa gali būti naudinga kai kuriems medicinos prietaisams ir kitai įrangai. Baterijos tarnavimo laikas priklauso nuo izotopo, naudojamo jai gaminti, savybių, bet gali būti dešimtmetis ar daugiau. Tai gali patenkinti daugelio įrenginių poreikius ir užtikrinti stabilų energijos tiekimą ilgą laiką.