核研院筹建于1958年，始建于1960年1月。早期称清华大学原子能基地，1962年起名为清华大学试验化工厂（简称试化厂）。1979年3月经学校批准更名为核能技术研究所（简称核能所）。1990年11月10日，经国家教委批准更名为核能技术设计研究院（简称核研院）。2003年9月经清华大学2003－2004学年度第1次校务会议讨论通过，更名为核能与新能源技术研究院（简称核研院）。更名后原有设计院资质保留，名称仍为“清华大学核能技术设计研究院”。核研院俗称“200号”，这是屏蔽试验反应堆最初在校内基建项目的编号。
1964年，清华大学有关专业师生在此建成了自行设计的屏蔽试验反应堆，完成了动力堆屏蔽实验，此后又与有关部门合作，完成了溶剂萃取法核燃料后处理新技术研究，为我国核能事业做出了重要贡献。
1989年11月，核研院设计建设的5兆瓦低温核供热试验反应堆建成并运行成功，它是世界上首座投入运行的“一体化自然循环壳式供热堆”，也是世界上第一座采用新型水力驱动控制棒的反应堆，至今已完成了核能热电联供、低温制冷和海水淡化等一系列试验。目前我国第一座200兆瓦低温核供热工业示范堆的设计工作，已被国家批准立项由核研院承担。
核研院负责承担的国家863高技术研究与发展计划项目10兆瓦高温气冷实验反应堆，于1995年6月开始动工兴建，2000年12月建成达到临界，2003年1月实现满功率并网发电。模块式球床高温气冷堆被国际核电界公认为21世纪新型核电站的首选堆型之一。这座先进反应堆的建成，使我国成为世界上为数不多的掌握了高温气冷堆技术的国家之一。
近年来，核研院研究成功了国际领先的分离高放废液的中国“TRPO流程”和国际首创的“钴60集装箱检测系统”，受到国内外专家的高度评价。
40多年来，核研院完成了几十项国家重点科研任务，取得了一批重要科研成果。有160项成果获部委级科技成果奖，18项成果获国家级奖，139项专利获权。1990年12月，核研院荣获国家教委、国家科委命名的“全国高等学校科技工作先进集体”称号。1992年4月，荣获中华全国总工会命名的“全国先进集体”称号。2001年7月，核研院党委荣获中组部命名的“全国先进基层党组织”称号。与此同时，核研院党委还被中共北京市委命名为“北京市先进基层党组织”。
核研院在科研的基础上，利用本院优势，努力实现科研成果的转化，在功率电子器件和整机、核同位素工业仪表、精细陶瓷及新型材料、稀土分离与深度加工等方面先后开发了一批先进的高技术产品，为国民经济做出了贡献。
核研院不仅是科研基地，也是人才培养基地。现有9个博士学位授予点，11个硕士学位授予点，一个博士后流动站。从1982年至2004年，该院共授予626名研究生硕士学位，112名研究生博士学位。近年来，核研院还面向全国为在职干部和技术人员举办现代科学技术短训班，促进知识更新。
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