乏燃料又称辐照核燃料，是经受过辐射照射、使用过的核燃料，通常是由核电站的核反应堆产生。核燃料在堆内经中子轰击发生核反应，经一定时间从堆内卸出。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th，未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U或233U以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素，另外还有裂变元素90Sr、137Cs、99Tc等。这种燃料的铀含量降低，无法继续维持核反应,所以叫乏燃料。乏核燃料中包含有大量的放射性元素，因此具有放射性，如果不加以妥善处理，会严重影响环境与接触它们的人的健康。

乏燃料中占其质量3%的物质是铀-235和钚-239 的裂变产物及它们的衰变链的间接产物。尽管这些物质被认为是放射性废物，但是由于他们可能有多种工业上和材料上的用途，仍然可能需要将它们进一步分离出来。铀和钚的裂变产物包含了周期表中从锌到镧系元素的所有元素，这些元素按照质子数的分布会出现两个峰：第一个峰是第二次转换所产生的锆、钌、钼、锝、钌、铑、钯、银，而另一个峰是周期表中的碘、氙、铯、钡、镧、铈、钕。许多裂变产物都不具有放射性，或者是寿命很短的放射性同位素，但是仍然有相当数量的产物是中期到长期的放射性同位素，如锶-90、铯-137、锝-99和碘-129。一些国家对裂变废物中的稀有同位素的分离方法进行了研究，比如通过分离裂变产生的贵重金属如银和铂族金属钌，铑，钯，可以或多或少的补偿再处理的成本，然而目前这些方法都没有得到商业化。

目前，对于乏燃料的管理，国际上主要有两种战略考虑：

其一是后处理战略。即对乏燃料中所含的96%的有用核燃料进行分离并回收利用，裂变产物和次锕系元素固化后进行深地质层处置或进行分离嬗变，这是一种闭路核燃料循环。其特点是铀资源利用率提高，减少了高放废物处置量并降低其毒性，但缺点是费用可能较高，可生产高纯度的钚，有核扩散的风险。

其二是一次通过战略。即乏燃料经过冷却、包装后作为废物送入深地质层处置或长期贮存，美国曾经支持此战略，但其最终处置场尤卡山项目碰到了困难，现在美国已转向了后处理。该战略特点是费用可能较低，概念简单；无高纯钚产生，核扩散风险低。但缺点是废物放射性及毒性高，延续时间长达几百万年；没有工业运行经验。

乏燃料的处理有很大的意义。第一，后处理可以充分利用铀资源，保障核电可持续发展。发展后处理工业是保证我国核电可持续发展的重要环节。压水堆核电站乏燃料中铀-235为0.8%～1.3%，比天然铀中的铀-235 的含量0.71%还高。另外还有新生的可裂变物质钚-239。通过后处理可从乏燃料中回收有用的铀和钚，再制成UO2或MOX燃料返回热堆或快堆使用，大大提高铀资源的利用率。据专家测算，将后处理得到的铀和钚返回压水堆中使用可节省天然铀30%左右。如果能实现快堆和后处理的核燃料闭式循环，铀资源利用率可提高60倍左右，这意味着本来仅能使用50～60年的天然铀就可利用3000余年。

第二，后处理可以使放射性废物减容和降低毒性。后处理不仅可显著地减少需长期深地质层处置的核废物体积，而且可使最终废物的放射性毒性大幅度降低。动力堆卸出的乏燃料如果按“一次通过式”处理方式进行长期深地质层处置，高放废物量约为2m3/tU。按现在国际上运行的后处理厂的水平，乏燃料经过后处理后产生的高放废物量约为0.5m3/tU，仅为前者的1/4。按照目前后处理工艺技术的水平，铀、钚的回收率可达99.75%，使最终处置废物的放射性毒性降低一个数量级以上。