为了保证核电站的安全，压水堆在放射性物质（核裂变反应产生的）和环境之间设置了四道防御屏障。只要有一道屏障是完整的，就不会发生放射性物质向环境泄漏的事故。
第一道防御屏障——燃料芯块
压水堆使用二氧化铀陶瓷芯块作为核燃料，芯块的设计特征能保证98%以上的放射性物质包含在燃料中，不会被释放出来。
第二道防御屏障——包壳
压水堆的燃料芯块密封在锆合金做成的包壳中，锆合金包壳能防止放射性物质进入到一回路水中。
第三道防御屏障——压力容器和一回路压力边界
由核燃料构成的堆芯封闭在壁厚约20厘米的钢质压力容器内，压力容器和整个一回路都是耐高压的，放射性物质不会泄漏到反应堆厂房中。
第四道防御屏障——安全壳
安全壳，俗称“核反应堆厂房”，一般是壁厚近1米的钢筋混凝土结构，内表面加有不锈钢内衬以确保良好的密封性，防止放射性泄漏。
对于AP1000核电站，反应堆厂房采用双层壳体结构，内层为钢制安全壳，外层为混凝土结构的屏蔽厂房。
燃料芯块和包壳常被合称为第一道屏障，因此也有“压水堆核电站有三道防御屏障”的说法。压水堆的防御屏障设计特征与纵深防御设计原则（即“五道防线”），共同确保了核电站的安全，防止放射性物质泄漏到环境中。
