หมายถึง วัสดุเชื้อเพลิงที่ใช้เป็นต้นกำเนิดพลังงานความร้อนในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ โดยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สำคัญคือ คือ แร่ยูเรเนียม โดยยูเรเนียมในธรรมชาตินั้น ประกอบด้วย 3 ไอโซโทป คือ ยูเรเนียม-238 มีปริมาณ 99.28 % ยูเรเนียม-235 มีปริมาณ 0.72 % และยูเรเนียม-234 มีปริมาณ 0.005 % โดยยูเรเนียมที่สามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันได้และนำใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ คือ ยูเรเนียม-235

เป็นกระบวนการนำยูเรเนียม-235 มาแปลงสภาพให้อยู่ในรูปของเชื้อเพลิง ขั้นตอนโดยสังเขป ได้แก่ การทำเหมือง การสกัด การแปรสภาพ การเสริมสมรรถนะ การประกอบมัดเชื้อเพลิง รวมไปถึงการจัดการเชื้อเพลิงใช้แล้ว ปัจจุบันมีการแบ่งวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็น 2 ส่วนหลักๆ คือ
     1.วัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนหน้า (Front end) เป็นกระบวนการแปรรูปสินแร่ยูเรเนียม เพื่อให้กลายเป็นเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่พร้อมนำไปใช้งาน
     2.วัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนหลัง (Back end) หลังจากใช้งานเชื้อเพลิงไประยะหนึ่งจะต้องทำการเปลี่ยนเชื้อเพลิง โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์โดย ทั่วไปจะเปลี่ยนเชื้อเพลิงทุกๆ 12-18 เดือน โดยจะต้องหยุดเดินเครื่องเพื่อเปลี่ยนถ่ายเชื้อเพลิง ประมาณ 1/3 ของแกนปฏิกรณ ์ และทำการบำรุงรักษาในช่วงเวลานั้นด้วย เมื่อเชื้อเพลิงใช้แล้วถูกนำออกจากเครื่องปฏิกรณ์ จะยังมีความร้อนและกัมมันตภาพรังสีที่สูงมาก จึงต้องมีการจัดการที่เหมาะสม โดยการจัดการเชื้อเพลิงใช้แล้ว เริ่มจากการจัดเก็บแบบชั่วคราว และสุดท้ายจึงเป็นการจัดการอย่างถาวร