在核電站的緊急停堆狀況下,控製棒和安全棒會全部插入。在硼冷卻水的共同作用下進入停堆狀態,也就是次臨界狀態。次臨界狀態是指裂變產生的中子少於能產生裂變的中子。在外界條件不變的情況下,裂變反應會越來越少,產生的熱量也越來越少。但緊急停堆後堆芯溫度還很高,如果不提供有效冷卻,冷卻水會很快被化成蒸氣燒光。冷卻水沒了,堆芯的燃料棒會出現裸露,這部分失去了吸收中子的硼,這會導致這個區域的燃料棒重返臨界,產生高溫,發生堆芯熔化。如果隻是熔化,是不會發生爆炸的(核電站是不會發生核爆炸的,因為所有核燃料的濃度不夠高)。爆炸是由於高溫下水和燃料棒外殼鋯合金在高溫下與水發生反應產生的氫氣,氫氣泄漏後發生的爆炸。
福島核電站的反應堆在地震後插入的全部控製棒和安全棒,並進入停堆狀態。但如上所述,這時候堆芯溫度依然很高,需要用冷卻水繼續降溫來達到冷溫停止狀態。後來海嘯把應急柴油機電源衝毀了,冷卻水循環泵停止工作後出現核燃料棒幹燒、鋯合金外殼破損,以及後來的氫爆情況。