什么是核燃料循环？核燃料循环指核燃料从开采、冶炼、加工、使用、处理、回收和再使用的全过程。以铀燃料循环为例，它包括以下各环节：铀矿石从矿山运至水冶厂，经研磨末，然后经过一系列化学过程，分离出铀的化合物，最后浓缩成氧化物混合物，一般称它为黄饼。在加工厂和浓缩里进行第一道工序是对黄饼进行提纯，达到核纯要求。根据核反应堆需要，通过浓缩厂来牛产浓缩铀。再在核燃料元件加工厂制成燃料元件，最后装入核反应堆中“燃烧”。反应堆“燃烧”过的核燃料，通过后处理，将剩余的铀－235和新生的钚－239 分离开来，将怀－239 重新制成燃料元件，再放入反应堆中作燃料。后处理产生的放射性废物，经处理后最终处置。
通常核能发电的反应炉里使用中子减速剂来减低中子的动能，以增加核分裂的机会。因此，比起核武器，核能发电时需要的核燃料里，只要有少数的可裂变物质就可以了。重水与石墨是非常有效的中子减速剂，所以重水反应炉里用重水或石墨，可以直接利用自然开采出来的铀当核燃料。轻水反应炉需要提炼浓缩过的核燃料，通常使用低浓缩铀，比例为3%可裂变的铀-235，加上97%不裂变的铀-238。也有发电厂使用7%可裂变的钚-239，加上93%不裂变的铀-238。这两个比率直接受铀-235的挖取加工、与钚-239的生产支配。
铀-235与钚-239得来源不同。铀是从地底挖来的。开采出来的铀，不是二氧化铀，就是八氧化三铀。相反的，在自然界基本上是找不到钚，钚是要人工制造的。铀-235是很特殊的一种物质。自然界里能挖出来的可裂变物质，全世界只有铀-235。不过它的份量很少，只占自然铀开采量的千分之七。大部分的铀都是铀-238。所以这也是为什么发电厂用铀是铀-235少，而铀-238多。
核能发电时，核燃料慢慢在裂变，制造出越来越多的放射性废料，以致核燃料不能再继续使用。如使用3%铀-235 + 97%铀-238当燃料，通常废料是1%铀-235 + 95%铀-238 + 1%钚 + 3%其他放射性物质。这些好几万年都还危险的东西，造成每个国家很多的麻烦，要安全的处存它们是个很头痛的问题。
