Atomska baterija pridobiva moč za delovanje naprave iz razpada radioaktivnih izotopov. Te baterije imajo lahko izjemno dolgo življenjsko dobo, zaradi česar so uporabne za aplikacije, kjer je težko ali nemogoče dostopati do komponent za namen zamenjave baterije. Včasih se imenujejo “jedrske baterije”, čeprav je to nekoliko napačno, saj se za ustvarjanje energije ne zanašajo na verižno reakcijo. So zelo stabilni in varni, če so pravilno izdelani in izdelani z ustreznimi izotopi.
Ena aplikacija za atomske baterije se uporablja za napajanje vesoljskih plovil. Sonde, teleskopi in druga oprema potrebujejo vir energije, vendar jih morda ne bo mogoče servisirati za zamenjavo baterij. Atomska baterija lahko zagotovi energijo, potrebno za vzdrževanje delovanja sistemov in pošiljanje signalov nazaj v bazo, in bi morala trajati celotno življenjsko dobo naprave. Druga oprema, ki jo je treba dalj časa pustiti brez nadzora, se lahko zanese na to tehnologijo, ki ima tudi potencialne aplikacije za stvari, kot so implantirani medicinski pripomočki.
Te baterije lahko črpajo energijo iz radioaktivnih izotopov na več načinov. Nekateri se zanašajo na toplotno energijo. Ko se izotopi razgradijo, proizvajajo toploto, ki jo lahko atomska baterija izkoristi za proizvodnjo električne energije. Toplota je lahko uporabna tudi na napravah, kot so vesoljska plovila, ki potrebujejo vir toplote, da znanstveni instrumenti ostanejo v varnem temperaturnem območju. V globokem mrazu vesolja bi komponente hitro zmrznile brez segrevanja, vendar bi poraba energije za toploto lahko povzročila, da oprema zmanjka energije, zato atomske baterije zagotavljajo tako toploto kot moč za rešitev te težave.
Druge naprave se zanašajo na netermične metode pridobivanja energije. Najpogostejša metoda izkorišča emisijo beta delcev za ustvarjanje električne energije. Ta zasnova atomske baterije je znana kot betavoltaična zasnova in je precej varna za uporabo okoli ljudi, saj beta delci ne morejo prodreti v človeško kožo. So veliko šibkejši od nevarnejših delcev gama, ki so lahko zaskrbljujoči pri nekaterih radioaktivnih izotopih.
Potencialno je mogoče tudi razpad pretvoriti neposredno v kinetično energijo za uporabo za premikanje mehanskih komponent naprave. Eksperimentalni projekti atomskih baterij so pokazali, kako bi lahko bila ta aplikacija uporabna za nekatere medicinske pripomočke in drugo opremo. Življenjska doba baterije je odvisna od značilnosti izotopa, uporabljenega za njeno izdelavo, lahko pa je desetletje ali več. To lahko zadovolji potrebe številnih naprav in zagotavlja stabilno oskrbo z energijo za daljše časovno obdobje.