1990 년대 이래로 핵폐기물은 인류의 관심의 대상이 되었다. 넓은 의미에서, 사용 후 연료는 주로 두 부분으로 구성되어 있다. 첫째, 우라늄보다 가벼운 핵분열 생성물; 두 번째는 초우라늄 원소 (우라늄보다 무거운 원소) 로 우라늄과 기타 더 무거운 원소가 중성자를 흡수하지만 분열하지 않아 발생한다. 모든 초우라늄 원소는 주기율표에서 플루토늄 원소에 속한다.
핵분열 생성물의 물리적 성질은 초우라늄 원소와 매우 다르다. 특히 핵분열 생성물 자체는 분열되지 않기 때문에 핵무기에 사용할 수 없다. 또한 수명이 긴 7 종의 핵분열 생성물의 반감기가 100 년을 넘었기 때문에 핵분열 생성물의 지질 저장 또는 처분이 초우라늄 원소보다 더 쉬워졌다.
핵폐기물에 대한 관심이 높아지면서 증식연료 순환이 다시 한 번 주목받고 있다. 증식원자로는 플루토늄 원소 폐기물, 특히 플루토늄과 이차 플루토늄을 줄일 수 있기 때문이다. 증식더미의 설계는 플루토늄 원소가 연료처럼 폐기물을 분열시켜 플루토늄 원소를 더 많은 핵분열 산물로 만들 수 있게 해준다.
경수로 사용 후 연료가 제거되면 복잡한 쇠퇴를 겪을 것이다. 핵분열 생성물의 반감기는 초우라늄 원소보다 한 단계 높지 않다. 초우라늄 원소가 사용 후 연료에 남아 있다면 1000~ 100000 년 이후 사용 후 사용 후 사용 후 연료의 주요 방사능은 대부분 초우라늄 원소에 의해 생성된다. 따라서 폐기물에서 초우라늄 원소를 제거하면 사용 후 연료의 장기 방사능을 크게 낮출 수 있다.
오늘날의 상업용 경수로 원자로는 새로운 핵분열 물질, 주로 플루토늄을 증식시킬 수 있다. 상업원자로는 증식원자로로 설계되지 않았기 때문에, 소비된 우라늄 235 대신 충분한 우라늄 238 을 플루토늄으로 바꿀 수 없다. 그러나 상업용 원자로의 에너지의 3 분의 1 은 연료 중 플루토늄의 분열에서 나온다. 이 플루토늄 소비를 기초로 경수로는 플루토늄과 플루토늄 원소의 일부만 소비하여 분열되지 않은 플루토늄 동위원소와 대량의 기체 플루토늄 원소를 생산한다. 재처리 후, 혼합산화연료로 쓰이는 원자로급 플루토늄은 보통 경수원자로에서 한 번만 순환하는데, 이로 인해 장기적으로 폐기된 방사성 폐기물이 제한적으로 줄어든다.