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Die Brennstoffe, die in Kernreaktoren verwendet werden, sind wegen ihrer Strahlung hoch gefährlich. Dies gilt insbesondere für verbrauchte Brennstoffe, die zwischen- und endgelagert werden müssen. Nach einer Abkühlzeit werden die abgebrannten Brennelemente entweder gleich in Endlager oder erst in Wiederaufarbeitungsanlagen gebracht. Der verbrauchte Brennstoff enthält noch fast das gesamte ursprüngliche Uran 238, ungefähr ein Drittel des Uran 235 und einen Teil des im Reaktor produzierten Plutoniums 239. Bei der Wiederaufbereitung wird das Uran in der Diffusionsanlage wieder gewonnen, und das ebenfalls wieder gewonnene Plutonium 239 kann anstelle von Uran 235 in neuen Brennelementen verwendet werden. Plutonium 239 kann aber auch für die Produktion von Atombomben verwendet werden, weswegen die Wiederaufbereitung politisch umstritten ist. Die Risiken der heimlichen Produktion und unerlaubten Verbreitung von Plutonium 239 für den Bau von Kernwaffen sind groß, wie Fälle von Schmuggel mit waffenfähigem Material immer wieder zeigen.
Die Wiederaufbereitung von Brennstoffen stellt eine Kombination von Strahlungsrisiken dar. Ein Risiko ist das Entweichen von Spaltprodukten im Fall eines Leckes in der Anlage. Ein weiteres Problem ist die routinemäßige Freisetzung geringer Mengen radioaktiver Isotope der Edelgase Xenon und Krypton.
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