5月19日，国家主席习近平在北京通过视频连线，同俄罗斯总统普京共同见证两国核能合作项目——田湾核电站和徐大堡核电站开工仪式。
当天，两国企业负责人分别向两国元首汇报项目进展情况，习近平下达指令“开工！”，普京下达指令“启动！”，田湾核电站和徐大堡核电站施工现场第一罐水泥浇筑，项目正式开工。
田湾核电站7号、8号机组和徐大堡核电站3号、4号机组是2018年6月两国元首见证签署的双方核能领域一揽子合作协议中的重要项目，建成投产后年发电量将达到376亿千瓦时，相当于每年减少二氧化碳排放3068万吨。
在中国共产党成立100周年之际，中核集团以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻落实习近平总书记重要指示批示精神，坚决把思想和行动统一到党中央的决策部署上来，提前谋划、精心组织、有序推进一系列党性教育活动、一系列先进典型选树推广活动、一系列核工业成就宣传展示活动、一系列群众性实践活动，筑牢国家安全重要基石，推动高质量发展。
扎实推进党史学习教育，形成“五个一批”成果，创造了新鲜经验，取得了明显成效。举办庆祝中国共产党成立100周年大会，深入学习贯彻习近平总书记“七一”重要讲话精神、党的十九届六中全会精神。作为唯一一家企业代表，在中组部举办的“庆祝中国共产党成立100周年党的建设历史经验研讨会”上作现场发言。组织全体党组成员到嘉兴南湖革命纪念馆瞻仰红船，感悟伟大建党精神。举办庆祝建党100周年暨新时代核工业精神全国巡回宣讲会，宣讲团荣获中宣部“基层理论宣讲先进集体”。央视《信物百年》栏目讲述“开业之石”故事。人民日报头版头条刊文《不朽的功勋 闪光的精神——访习近平总书记关心的二二一厂离退休职工》。
学党史、悟思想、办实事、开新局，推动高质量发展，取得一系列成绩。中核集团连续16年获国资委考核A级；再次进入世界五百强，排名大幅跃升；荣获多项国内外最高奖项和荣誉。由原子能院牵头，与中核工程合作完成的“核燃料后处理放化实验平台设计建造关键技术及应用”项目获国家科学技术进步二等奖，原子能院参与完成的一项目获国家科学技术进步特等奖。中核工程华龙一号研发团队获中国质量奖，福清核电获全国质量奖。三门核电一期工程获国家优质工程金奖。核动力院CF项目获国际质量促可持续发展奖。由原子能院、西物院、秦山核电等主导4项国际标准发布，标准发布数创历史新高。5人获全国劳动模范称号，1人获全国杰出专业技术人才表彰，1人获中华技能大奖，25人获全国技术能手称号，1人获全国优秀共产党员称号,1人获全国优秀党务工作者称号。
3月22日，中国核潜艇第一任总设计师彭士禄院士因病逝世。5月26日，中宣部追授彭士禄院士 “时代楷模”称号，褒扬他是“中国核动力事业的拓荒牛”，号召全社会向他学习。
国资委党委、中核集团党组把学习彭士禄院士先进事迹作为党史学习教育重要内容，号召向彭士禄院士学习。人民日报、新华社、《求是》、中央电视台等主流媒体专题讲述、演绎、报道彭士禄先进事迹，在社会各界引起强烈反响。
学习彭士禄院士先进事迹是落实习近平总书记在党史学习教育动员大会上的重要讲话精神以及中核集团开展党史学习教育、弘扬革命精神、传承红色基因的具体举措。中核集团迅速组建“时代楷模”彭士禄先进事迹宣讲团，分别面向国家部委、地方政府、中央企业、生产一线、高校校园开展巡讲，实现党史学习教育理论宣讲和核工业先进人物宣讲的有机融合。
1月30日，华龙一号全球首堆——中核集团福建福清核电5号机组投入商业运行。标志着中国成为继美国、法国、俄罗斯等国家之后又一个真正掌握自主三代核电技术的国家，我国在三代核电技术领域跻身世界前列，向建设核工业强国迈出了坚实一步。
5月20日，华龙一号海外首堆——巴基斯坦卡拉奇核电2号（K-2）机组投入商业运行，意味着中国自主三代核电“走出去”第一站顺利建成，而且创造了国际最佳建设业绩。
华龙一号是中核集团坚持不懈、砥砺创新取得的重大标志性成果、中国核电发展的重大跨越。华龙一号示范工程福清6号机组已并网发电；海外示范工程卡拉奇3号机组装料完成，进入带核调试阶段。此外，华龙一号批量化建设稳步推进。
2021年，中核集团立足“三新一高”，全面贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰碳中和的重大战略决策，勇担先锋，利用核能技术助力我国实现碳达峰碳中和战略目标，并印发行动纲要。
12月15日，我国大陆首座核电站秦山核电站迎来安全发电30周年。30年来，在党的坚强领导下，秦山核电走出了一条中国特色的核电发展之路，成为展示我国能源事业和中国核电事业自力更生、安全发展、创新发展的重要窗口。同年，秦山核电站运行许可证获准延续，填补了我国核电机组运行许可证有效期限延续安全评估及监督审查的空白，具有重要的示范意义。12月3日，由秦山核电供热的我国南方首个核能供热示范工程（一期）正式投运，供暖面积达46万平方米，惠及近4000户居民，对当地生态环境保护和节能降耗有着重要意义。
7月13日，中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程在海南昌江核电现场开工建设，标志着我国在这一领域走在了世界前列。12月20日，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一，意味着我国在该领域成为世界领跑者。
自脱贫攻坚战打响以来，中核集团积极履行央企政治责任和社会责任，借助政策推力，发挥市场引力，聚焦脱贫能力，激发内生动力，出实招、出硬招，真扶贫、扶真贫，走出一条富有中核集团特色的帮扶之路，包括4个定点帮扶县在内，中核集团对口援助44个县、70多个村镇全部顺利实现“脱贫摘帽”，为打赢脱贫攻坚战注入源源不竭的“核”动力。
2021年，中核集团始终坚持和加强党的领导，把落实党中央乡村振兴战略部署作为义不容辞的政治责任，派出百余名帮扶干部奋战在乡村振兴一线，不断强化产业协同发展，扎实推进五大振兴，助力脱贫攻坚战取得全面胜利、乡村振兴战略开好新局，连续三年在中央单位定点扶贫成效评价中获得“好”的最高等次，下属单位核工业二一六大队“访惠聚”驻村工作队获全国脱贫攻坚先进集体称号。8月17日，新华发电新疆阿尔塔什水利枢纽6台机组全部并网发电。该工程顺利建成将彻底解决叶尔羌河千年水患，使流域600万人口受益，每年减少约1000万人次防洪投入，估算年减少防洪投入1亿元，对推动新疆地区可持续发展、助力乡村振兴具有重要意义；12月29日，中核集团定点帮扶地区最大能源项目100MW中核汇能同心兴隆风电全面建成发电。民族地区两大清洁能源项目顺利建成，对兴边富民、助力乡村振兴具有重要意义。
2021年，我国核工业产业链后处理标志性工程相继取得重大突破。6月17日，中国北山地下实验室开工建设，标志着我国高放地质处置工作进入了地下实验室建设及研发阶段，为填补我国在高放地质处置技术地下现场研发平台及设备的空白，攻克高放废物地质处置这一世界性难题提供试验平台和基础。
9月11日，国内首座高水平放射性废液玻璃固化设施在四川广元正式投运。这是我国核工业产业链后端标志性工程，其投运标志着我国已经实现高放废液处理能力零的突破，成为世界上少数几个具备高放废液玻璃固化技术的国家，对我国核工业安全绿色发展具有里程碑意义。
6月30日，我国自主设计制造的百吨级乏燃料运输容器——CNSC乏燃料运输容器顺利下线，作为国内首台批量化生产的国产化百吨级乏燃料运输容器，将进一步夯实中核集团乏燃料运输保障能力。
12月18日，我国首个深地核天体物理实验项目——锦屏深地核天体物理实验首批实验成果发布会在京举行。首批发布4个核天体物理关键反应实验研究，测量灵敏度和统计精度均高于国际同类装置水平，达到国际核天体物理直接测量的最大曝光量、最宽能量范围和最高灵敏度；标志着我国核天体物理实验研究步入国际先进行列。
中国锦屏地下实验室是目前世界上最深的地下实验室。2020年，世界最强流深地核天体物理加速器成功出束。2021年，被习近平总书记赞誉为是“战略高技术领域取得新跨越”成果之一。
2021年，曾被国家主席习近平致信祝贺，并指出“中国企业和科研人员要贡献中国智慧和中国力量”的国际热核聚变实验堆（ITER）计划重大工程安装迎来新进展。10月27日，ITER宣布TAC1联合体团队成功实现主机安装第一阶段任务，具备吊装真空容器条件。TAC1安装标段工程是ITER托卡马克装置最重要的核心设备安装工程，其重要性相当于核电站反应堆、人体心脏。中核集团与ITER互致贺信。
2021年，中核集团全面贯彻落实党中央、国务院关于国企改革三年行动的重大决策部署，成立了由余剑锋董事长担任组长的领导小组，按照“一个抓手，四个切口”要求，高位推动、全面发力、多点突破、纵深推进，以国企改革三年行动培育核心竞争力，做“强核报国”的践行者。
2021年7月，国资委公布了《国有重点企业管理标杆创建行动标杆企业、标杆项目和标杆模式名单》，中核集团5个标杆成功入选。中核集团是为数不多“三个标杆”均入选的中央企业，入选总数并列第一位。其中，中核集团“六大控制七个零”高质量精细化工程项目管理模式入选标杆模式；中国核电、中国原子能入选标杆企业；中核集团“三高三强”战略规划体系建设项目、“新时代先进核科技创新体系建设项目”入选标杆项目。
2021年度各项任务、举措全面完成，三年改革整体完成率超过90%，17家科研院所“一院两制”全面完成，集团公司2户“科改示范企业”纳入国资委改革样本案例集，集团公司所属各级子企业100%完成任期制契约化管理一协议两书签订，改革蹄疾步稳、亮点纷呈、成效显著，集团公司竞争力、创新力、控制力、影响力、抗风险能力不断增强，以改革促发展、促创新、促管理提升，正朝着“建设先进核科技工业体系、打造具有全球竞争力的世界一流集团、推动我国建成核工业强国”的奋斗目标迈进。
中核集团厚植“以人民为中心”发展思想，积极响应“健康中国”战略，致力提升在同位素领域核心竞争力，推动我国核技术应用产业发展。
9月28日，中核集团积极发挥核医疗产业链协同优势，助推我国首例特许准入钇[90Y]树脂微球临床治疗手术成功实施。目前共完成4例肝癌患者治疗，患者均已顺利出院，标志着钇[90Y]树脂微球常规化治疗已正式开启，使我国肝癌患者不出国门即可接受国际先进的治疗技术。
2021年，国内市场工业辐照钴-60全部由中核集团供应。呼气诊断药物销售首次突破20亿，同比增长40%。新增高端放射治疗设备26台，成为甲类放疗设备第一品牌。国产单光子药物自动配制系统“辐睿智配”的发布填补国内空白。核医学肿瘤“布拉格治疗”引起国际医学界关注。治疗用碘[131I]化钠胶囊取得药品注册证书。9月3日，全球首批商用堆碳14靶件研制正式启动，碳14放射性核素应用范围涵盖幽门螺旋杆菌检测、新药开发、PM2.5检测等各个方面。
联合研发推出适用全身的智能化钴60锥束聚焦立体定向治疗系统——智能伽玛刀，整合先进影像引导和精准定位六维治疗床技术，为广大癌症患者提供更加精准的放射治疗，降低国民医疗费用，提高人民群众健康水平。
