Тепловыделя́ющий элеме́нт (ТВЭЛ) — основной конструктивный узел ядерного реактора, содержащий ядерное топливо; размещается в активной зоне реактора.
В тепловыделяющем элементе протекает ядерная реакция деления топлива, в результате которой выделяется тепло, передаваемое теплоносителю. ТВЭЛ состоит из сердечника и герметизирующей оболочки. Сердечник, кроме делящегося вещества (уран-233, уран-235, плутоний-239), может содержать сырьевое вещество, обеспечивающее воспроизводство ядерного топлива (уран-238, торий-232). Материал для сердечника может быть получен в виде металла, металлокерамики или керамики. Металлические сердечники изготовляют из чистого урана, тория, плутония или из их сплавов (с алюминием, цинком, хромом, цирконием). Металлокерамические сердечники получают, например из урана и алюминия путем прессования смесей их порошков (опилок, гранул). Керамические сердечники представляют собой спеченные или сплавленные окислы или карбиды (например, UO2, ThC2). Металлокерамические и керамические сердечники, а также сердечники из сплавов наиболее полно отвечают предъявляемым к материалу сердечника высоким требованиям по механической прочности, а также по неизменности физических свойств и геометрических размеров в условиях высоких температур и интенсивного нейтронного и гамма-излучения. В такого рода сердечниках существенный объем занимает наполнитель (вещество, атомы которого не участвуют в процессе деления и воспроизводства ядерного топлива), то в них используется ядерное топливо с повышенным обогащением (например, с содержанием урана-235 около 10%). Наполнитель, как правило, обладает небольшим сечением поглощения нейтронов, но иногда в материал сердечника включают небольшие добавки металлов, интенсивно поглощающих нейтроны (например, молибден), если это приводит к повышению стойкости сердечника по отношению к тепловым и радиационным воздействиям. Тепловыделяющие элементы имеют форму цилиндров (сплошных или пустотелых), пластин.