铀作为几乎所有反应堆的燃料，主要由两种同位素组成，即铀-235和铀-238，这两种同位素百分比分别为0.7%和99.3%。目前大多数正在运行的反应堆使用的是浓缩铀，它所包含的铀-235约占2.5%。

核燃料被烧结成一个个圆柱状的二氧化铀陶瓷体芯块，叠装在用锆合金做成的包壳管中，做成一根根细长的燃料棒，再把这些燃料棒按一定规则组装成一个个燃料组件，就可供核电站使用。

新燃料仅有轻微的放射性，不需屏蔽即可装卸。但是，一旦装入反应堆中，反应堆运行后其放射性即大大增强，这主要是由于在燃料中发生了裂变反应。这意味着，反应堆一旦发生泄漏事故就有可能释放出大量的放射性物质。

用过的燃料称作乏燃料，从反应堆中取出之后仍然还有余热，因此除了要加以屏蔽以减少辐射照射外，还必须进行冷却以防止乏燃料熔化。