Chladiaci okruh, do ktorého sa v parogenerátore (resp. inom výmenníku tepla) prenáša teplo z primárneho okruhu reaktora a ďalej sa využíva na výrobu elektrickej energie. Vo väčšine dvojokruhových jadrových elektrární obsahuje sekundárny okruh vodu, ktorá sa pôsobením odovzdaného tepla mení na paru. Tá následne poháňa parnú turbínu spriahnutú s generátorom elektrickej energie. Ide, rovnako ako pri primárnom okruhu, o uzavretý systém. Základnými časťami sekundárneho okruhu sú: sekundárna časť parogenerátora, potrubné systémy sekundárneho okruhu, turbogenerátor, kondenzátor, systém regenerácie kondenzátu a čerpadlá.

V niektorých typoch reaktorov, napríklad v rýchlych sodíkom chladených reaktoroch, kde je sodík silne reaktívny pri kontakte s vodou, obsahuje aj sekundárny okruh sodík. V takom prípade sa para na pohon turbíny vyrába až v terciárnom okruhu, ktorý je od sodíkových okruhov bezpečne oddelený.

Schematické video jadrovej elektrárne s primárnym a sekundárnym okruhom. (Zdroj: EnergyEncyclopedia.com)