原型堆的发展经历了三个阶段：实验堆、原型堆和商业堆。在新堆型的研发过程中，有些实验离开反应堆无法进行，或虽然可以进行但难以取得满意的结果。建立一座原型堆，在堆上进行一些重要的实验，获得准确的结果，为技术研发提供支持。可以作为开发核电技术的手段，进行一些重要的实验。对于一种新型核反应堆，由于新堆所采用的部分重要系统、
关键设备在技术上尚不够成熟，早期不足以使投资商对该电站的安全性、经济性建立信心。建造一座原型堆，通过建造和运行来验证、示范，并进行必要的改进，使得设计采用的所有技术完善，从而使投资商建立信心。自50年至60年代初
苏联、
美国等建造的第一批
核电站，如美国的希平港（Shippingport）核电站、
法国的舒兹(Chooz)核电站、
德国的奥珀利海母(Obrigheim)等核电站，主要目的是为了通过试验示范来验证各核电技术在工程实施上的可行性，都属于原型堆核电厂。
1957年底，美国首先将
核潜艇压水堆和常规蒸汽发电技术结合，建成了世界上第一座希平港原型压水堆核电厂。1957年12月2日希平港核电厂开始运行，热功率230 MW，电功率60 MW。希平港（Shippingport）压水堆（pressurized-
H₂O reactor, PWR）是压水堆原型堆。1991年中国建成第一座压水堆原型核电厂——-
秦山核电站。秦山核电厂采用了当时国际上成熟的压水型反应堆技术，建设单台300MW发电机组。1983年6月1日秦山核电厂破土动工，1991年12月15日首次实现并网发电，机组在测试运行两年之后，正式投入商业运营。
沸水堆（
沸腾 Water Reactor）字面上来看就是采用沸腾的水来冷却核燃料的一种反应堆，其工作原理为:冷却水从反应堆底部流进堆芯，对燃料棒进行冷却，带走裂变产生的
热能，冷却水温度升高并逐渐气化，最终形成蒸汽和水的
混合物，经过汽水分离器和蒸汽干燥器，利用分离出的蒸汽推动汽轮进行发电。
1956年，
英国建成卡德豪尔(Calder Hall A)石墨气冷堆原型堆
核电站，是世界上第一个投入商业运营的核反应堆，有4个镁诺克斯反应堆，每堆电功率为60MW，1973年降为50MW（有说法后来提高到200MW）。卡德豪尔石墨气冷堆早期主要用来生产武器级钚，其次才是发电，1964年之后是主要用作商业燃料循环。1995年4月停止生产武器级钚。2003年电站关闭。1963年在英国还建造了温茨凯尔先进气冷堆（WAGR）原型堆，电功率为32MW。1956年
法国建成
天然铀石墨气冷堆（UNGG）原型堆，热功率40MW，并配有一小型能量回收装置。1968年UNGG反应堆停运。1971年
德国开始建造高温钍堆原型
核电站THTR-300，电功率300MW，燃料元件为球状燃料，1983年9月首次达到临界，在启动运行中遇到许多困难，1985年11月并网发电，1989年9月停堆。1979年
美国建成圣符伦堡（Fort. St. Vrain）核电原型堆，因经济性低等因素于1989年（是停堆还是关闭？）。
1964年
苏联开始建造BN-350原型快堆，1973年并网发电，1992年停闭。BN-350是一座钠冷快堆，电功率为150MWe。BN-350不仅用来发电，还用来生产钚，净化海水以供城市用水。1974年
英国建成PFR原型快堆，电功率为250MWe，1994年（是停堆还是关闭？）。1976年
法国建成Phenix原型快堆，Phenix是一座池式液态金属快增殖堆，
总电功率为264MWe，净电功率为233MWe。1980年前
苏联在BN-350的基础上建成BN-600原型快堆，总电功率600MW。至今仍在运行。1983年
日本批准并开始建造快增殖原型堆“
文殊菩萨”，该堆于1994年4月首次达到临界。1995年 12月，由于二回路主冷却系统温度计外壳的设计错误等原因造成外壳破裂，致使约700kg钠发生泄漏。然而，由于当时的动力堆核燃料开发事业团（PNC）做出了隐藏事故现场录像带等不当行为，导致当地居民及国民的不安全感与不信任感，并停堆了反应堆，2010年5月重新启动。
韩国正在建造SMART（System-integrated Modular Advanced Reactor）原型堆，将于2012年竣工，设计寿命是60年，换料周期为3年。SMART的设计目的是建造一座可用于海水淡化兼作发电的、堆芯热功率330MW的反应堆及海水淡化应用系统。这种堆型具有一体化的蒸汽发生器和先进的安全特性，可用于发电（可达到100MWe）和供热。2014年2月10日，
阿根廷自主研发设计的小型模块化反应堆CAREM的原型堆－CAREM-25开始浇筑第一罐混凝土。