中核集团旗下拥有多家全资和控股子公司，涵盖核能、核燃料、工程建设、核技术应用等多个领域，其中核心子公司包括中国核能电力股份有限公司、中核核电运行管理有限公司、中核燃料元件有限公司、中国核工业建设股份有限公司、中核矿业有限公司、中核环保有限公司、中核国际有限公司、中国原子能科学研究院、中核四〇四有限公司、中核二二建设有限公司、中核二三建设有限公司、中核工程咨询有限公司等，这些企业共同构成了中国核工业体系的主体力量，在核电运营、核燃料循环、核技术研发、工程建设及环保等领域处于行业领先地位。
