黒鉛を中性子減速材とし、炭酸ガス又はヘリウムを冷却材として用いる原子炉をいう。炭酸ガス冷却型炉には、英国で最初に実用化された発電用マグノックス炉（GCR；天然ウラン金属燃料）、それを改良した改良型ガス炉（AGR；低濃縮ウラン酸化物燃料）がある。また、ヘリウム冷却型炉は高温ガス炉（HTGR；被覆燃料粒子）があり、1960年代から1980年代にかけて実験炉・原型炉が建設・運転されてきたが、政治・経済的な理由により既に運転終了している。現在、英国でGCRとAGRの合計19基が営業運転中であり、日本では高温ガス炉開発として、ヘリウム冷却型の高温工学試験研究炉（HTTR；30MWt）が運転中で安全性実証試験を実施中である。

（注）被覆燃料粒子：セラミックス微小燃料粒子を熱分解炭素（PyC）や炭化珪素（SiC）で多重に被覆し核分裂生成物を直径約1mmの粒子内に閉じ込めるものである。