Reaktory chłodzone gazem z moderatorem grafitowym odznaczają się prostą budową i dużą niezawodnością. Zastosowanie gazu jako chłodziwa reaktorowego pozwala zwiększyć temperaturę chłodziwa na wylocie z rdzenia bez potrzeby zwiększania ciśnienia. Dopuszczalna temperatura na wylocie z reaktora jest więc ograniczona jedynie trwałością paliwa i materiałów konstrukcyjnych reaktora.

Do zalet należą też: niski stopień aktywowania się gazu, mały przekrój czynny na pochłanianie neutronów i mały koszt. Podstawową wadą są jednak niekorzystne właściwości cieplne gazu, wymagające dużych powierzchni wymiany ciepła (a więc i wymiarów urządzeń) oraz dużych mocy niezbędnych do przetłaczania gazu przez rdzeń. W związku z tym gęstość mocy nie przekracza l MW/m3.

W kolejności chronologicznej ich powstawania, pierwszymi były reaktory, w których chłodziwem był dwutlenek węgla, paliwem natomiast metaliczny uran naturalny w użebrowanych koszulkach ze stopu magnezowego, zwanego Magnoksem. Pierwsze reaktory tego typu, zwane często magnoksowymi, uruchomiono w 1956 roku (Calder Hali - Wielka Brytania, Marcoule - Francja).

Największe dwa reaktory magnoksowe uruchomiono w 1971 roku w elektrowni Wylfa w Wielkiej Brytanii. Każdy blok ma moc 590 MW i osiąga sprawność 31,5%. Rdzeń reaktora, wykonany z kształtek grafitowych z kanałami paliwowymi, jest umieszczony w sferycznym zbiorniku z betonu sprężonego i chłodzony dwutlenkiem węgla o ciśnieniu 2,8 MPa. Temperatura chłodziwa na wyjściu z rdzenia jest ograniczona wytrzymałością koszulki z Magnoksu i wynosi 415°C; średni przyrost temperatury CO2 w rdzeniu - ok. 200°C. W wytwornicy pary jest otrzymywana para wodna o ciśnieniu ok. 5,0 MPa i temperaturze 400°C, która jest czynnikiem roboczym w obiegu wtórnym. Osiągana głębokość wypalenia paliwa w reaktorach magnoksowych wynosiła do 4,7 MWd/kg (0,406 TJ/kg).