La centrale possède deux réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP) de 890 MW électriques net chacun. C'est une centrale du type CP0 (contrat palier), comme celle de Bugey. Elle a donc une salle des machines commune alimentée par ses 2 bâtiments réacteur. La température moyenne de l'eau du circuit primaire est d'environ 302.9°C pour une pression de 155 bars. Chaque « tranche nucléaire » de Fessenheim comporte 1 réacteur, 3 générateurs de vapeur et 3 pompes primaires.
Selon un rapport de l'Autorité de sûreté nucléaire datant de l'an 2000, certaines fonctions de sauvegarde assurant le refroidissement du réacteur pourraient ne plus être assurées en cas de séisme. La découverte de cette anomalie a conduit la centrale nucléaire à déclarer un incident de niveau 1 sur l'échelle INES.Aussi depuis 2008,EDF réalise des travaux de mise à niveau au niveau du risque sismiques, qui devraient se terminer fin 2010