สาระสำคัญของ NPT แบ่งออกเป็น 3 เสาหลัก ได้แก่
(1) การไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ ห้ามรัฐที่ครอบครองอาวุธนิวเคลียร์ (Nuclear Weapon State หรือ NWS) ซึ่งได้แก่ สหรัฐฯ สหราชอาณาจักร รัสเซีย ฝรั่งเศส และจีน ส่งหรือช่วยให้ประเทศอื่น ผลิต หรือครอบครองอาวุธนิวเคลียร์ และห้ามรัฐที่ไม่ได้ครอบครองอาวุธนิวเคลียร์ (Non-Nuclear Weapon State หรือ NNWS) รับ แสวงหา หรือขอความช่วยเหลือในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ และให้ NNWS จัดทำความตกลงพิทักษ์ความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ (Safeguards Agreement) กับทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency หรือ IAEA) ว่าจะไม่นำพลังงานนิวเคลียร์ในทางสันติไปดัดแปลงใช้ผลิตอาวุธนิวเคลียร์
(2) การลดอาวุธนิวเคลียร์ ให้รัฐสมาชิกหารือเกี่ยวกับมาตรการเพื่อยุติการแข่งขันการสะสมอาวุธนิวเคลียร์และการลดอาวุธนิวเคลียร์ รวมทั้งหารือเกี่ยวกับสนธิสัญญาว่าด้วยการลดอาวุธนิวเคลียร์โดยสิ้นเชิง
(3) การใช้พลังงานนิวเคลียร์ในทางสันติ รัฐภาคีมีสิทธิในการพัฒนา วิจัย ผลิต และใช้พลังงานนิวเคลียร์ด้วยวัตถุประสงค์ทางสันติ แต่ต้องเป็นไปตามหลักการไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์