Les missions de l'ASN s'articulent autour de ses trois métiers « historiques » : réglementation, contrôle et information du public.
Dans le domaine de la réglementation générale, l'ASN est chargée de contribuer à l'élaboration de la réglementation, en donnant son avis au gouvernement sur les projets de décrets et d'arrêtés ministériels ou en prenant des décisions réglementaires à caractère technique pour compléter les modalités d'application de ces décrets et arrêtés. Ces décisions sont soumises à l'homologation des ministres chargés de la sûreté nucléaire ou de la radioprotection. L'ASN est également en charge de la délivrance d'autorisations individuelles dans les domaines des installations nucléaire de base (INB), du transport de substances radioactives et des activités médicales, industrielles et de recherche.
Dans le domaine du contrôle, l'ASN est chargée de vérifier le respect des règles et des prescriptions auxquelles sont soumises les installations ou activités qu'elle contrôle. Elle s'assure que les utilisateurs de rayonnements ionisants, les exploitants d'INB ou les expéditeurs de matières radioactives exercent pleinement leurs responsabilités et leurs obligations en matière de radioprotection ou de sûreté nucléaire. En effet, la responsabilité première des activités à risques incombe à celui qui les entreprend. Ce principe s'applique à tous les secteurs contrôlés par l'ASN : un industriel est responsable de la sûreté des installations nucléaires qu'il exploite, un centre hospitalier est responsable de l'utilisation des rayonnements ionisants qu'il entreprend.
Dans le domaine de l'information, l'ASN est chargée de participer à l'information du public, en particulier en situation d'urgence. Dans une telle situation, l'ASN est également chargée d'informer le public sur l'état de la sûreté de l'installation concernée et sur les éventuels rejets dans l'environnement et leurs risques pour la santé des personnes et pour l'environnement.
En outre, en cas de situation d'urgence, l'ASN est chargée d'assister le Gouvernement, en particulier en adressant aux autorités compétentes ses recommandations sur les mesures à prendre sur le plan médical et sanitaire ou au titre de la sécurité civile.
La loi du 13 juin 2006 relative à la transparence et à la sécurité en matière nucléaire (dite « loi TSN ») a renforcé le statut de l'ASN et a défini le cadre de son fonctionnement et ses nouveaux pouvoirs, notamment en matière de sanction. Dans ce cadre, l'ASN :
L'ASN contrôle ainsi les installations nucléaires de base civiles (INB), depuis leur conception jusqu'à leur démantèlement, les équipements sous pression spécialement conçus pour ces installations, la gestion des déchets radioactifs ainsi que les transports des substances radioactives, au titre de la sûreté nucléaire et de la radioprotection. L'ASN contrôle également toutes les installations industrielles et de recherche ainsi que les installations hospitalières où sont utilisés les rayonnements ionisants, au titre de la radioprotection.
L'ASN n'a en charge que le nucléaire civil. En application du décret du 5 juillet 2001, le contrôle du transport de matières radioactives ou fissiles à usage militaire, des systèmes nucléaires militaires, des Installations nucléaires de base secrète (INBS) et des sites d'expérimentations nucléaires intéressant la défense relève du délégué à la sûreté nucléaire et à la radioprotection pour les activités et installations intéressant la Défense (DSND).