原子炉内で３〜４年発電に使われ、核分裂反応がにぶくなった核燃料。国によってはそのまま地中に埋めるが、日本は全ての使用済み燃料を再処理工場などで加工し、再び原発で使うことになっている。再処理後は「核のごみ」と呼ばれる高レベル放射性廃棄物が残る。処分地は決まっていない。

ウラン燃料を原発で使った後の使用済み核燃料は強い放射性廃棄物であると同時に、プルトニウムを含む。日本は再処理でプルトニウムを取り出し、燃料に使う全量再処理・核燃料サイクルを目指す。現状、日本のプルトニウム約４５トンの４分の３は過去に再処理を依頼した英仏で保管。再処理は割高で核拡散リスクもあるため撤退する国が多い。日本の路線をどうするかが現在議論されている。

原発で燃やしたあとのウラン燃料。炉内で燃やすうちに生成されたプルトニウムを含む。政府は青森県六ケ所村の再処理工場で化学処理してプルトニウムを抽出する方針だ。ただし再処理工場は、全国の原発から１年間に発生する量の最大でも８割しか処理することができない。再処理で生まれる高レベル放射性廃液は、ガラスで固めて地下深くに埋める予定だが、候補地選びは難航している。