原発の使用済み燃料を再処理し、再び燃料として使う核燃料サイクル政策の中核施設。燃料を切断、化学処理してプルトニウムやウランを取り出し、残りの高レベル放射性廃棄物はガラスで固めて保管する。フル稼働すると、年８００トンの使用済み燃料を処理し、約４トンのプルトニウムを抽出する能力がある。

全国の原発から運ばれてくる使用済み燃料からプルトニウムやウランなどを取り出し、再利用する核燃料サイクル政策の要の施設。日本原燃（本社・六ケ所村）が０６年３月から本物の使用済み燃料を使う試験運転を開始。問題がないと国が判断すれば、関係自治体と安全協定を結び本格運転に入る。

北朝鮮は核計画のなかで、抽出した兵器用プルトニウムを約３８キロと申告した。抽出量と時期を正確に測定するためには、寧辺原子炉の炉心か、使用済み燃料棒再処理施設に残る粉じんなどに含まれた核関連物質のサンプルを機材で採取する必要があると、日米韓は主張している。