Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που σχετίζονται με την εργασία με πυρηνικά υλικά είναι να βρούμε τι να κάνουμε με αυτά τα υλικά όταν έχουν ξεπεράσει τη χρησιμότητά τους. Πράγματα όπως το αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο από σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και στρατιωτικές επιχειρήσεις μπορεί να είναι πολύ επικίνδυνα, αλλά δεν έχουν πρακτική χρήση, αναγκάζοντας τις κυβερνήσεις και τις περιβαλλοντικές υπηρεσίες να αναπτύξουν μεθόδους διάθεσης πυρηνικών αποβλήτων που είναι ασφαλείς και αποτελεσματικές. Η μη σωστή διαχείριση των πυρηνικών αποβλήτων μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρά προβλήματα, όπως η υποβάθμιση του περιβάλλοντος.
Μερικές φορές, η απόρριψη πυρηνικών αποβλήτων μπορεί να επιτευχθεί με επανεπεξεργασία των αποβλήτων έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για κάτι άλλο. Η επανεπεξεργασία θα δημιουργήσει κάποια απόβλητα, αλλά μειώνει τη συνολική ποσότητα αποβλήτων και μπορεί να δημιουργήσει σημαντική εξοικονόμηση απελευθερώνοντας χρήσιμο υλικό που διαφορετικά θα απορρίπτονταν. Ορισμένες βιομηχανίες χρησιμοποιούν την επανεπεξεργασία για να διασπάσουν τα πυρηνικά απόβλητα σε διαφορετικά συστατικά για να διευκολύνουν τον χειρισμό τους κατά τη διαδικασία διάθεσης των πυρηνικών αποβλήτων.
Τα πυρηνικά απόβλητα δεν μπορούν να τοποθετηθούν στο πεζοδρόμιο μαζί με τα σκουπίδια επειδή δημιουργούν ακτινοβολία. Μία από τις πιο κοινές τεχνικές για μόνιμη διάθεση πυρηνικών αποβλήτων είναι η ταφή. Όταν τα ραδιενεργά απόβλητα θάβονται, αποθηκεύονται σε μεγάλα τύμπανα που έχουν σχεδιαστεί για να υπερτερούν της ραδιενέργειας. Τα τύμπανα είναι θαμμένα βαθιά υπόγεια σε μια σεισμικά σταθερή περιοχή, όπου τα πυρηνικά απόβλητα διασπώνται σε λιγότερο πτητικά συστατικά κατά τη διάρκεια αιώνων. Αυτή η προσέγγιση στη διάθεση πυρηνικών αποβλήτων είναι κάπως προβληματική, επειδή τα τύμπανα μπορεί να αποτύχουν, προκαλώντας ρύπανση ή μελλοντικοί πολιτισμοί θα μπορούσαν να ξεθάψουν την τοποθεσία, χωρίς να συνειδητοποιήσουν ότι περιέχει επικίνδυνα υλικά.
Μερικοί άνθρωποι έχουν υποστηρίξει τη ρίψη πυρηνικών αποβλήτων στο διάστημα. Το διάστημα έχει ήδη πολλή ακτινοβολία υποβάθρου, οπότε τα πυρηνικά απόβλητα είναι απίθανο να προκαλέσουν πρόβλημα ακτινοβολίας στο διάστημα, αλλά η σκέψη να αφήσουν τύμπανα αναλωμένων πυρηνικών υλικών να παρασύρονται στο σύμπαν είναι δυσάρεστη για μερικούς ανθρώπους. Έχουν επίσης εκφραστεί ανησυχίες σχετικά με την ασφάλεια της ύπαρξης πολυάριθμων απορριμμένων αντικειμένων που επιπλέουν στο διάστημα, καθώς αυτά τα αντικείμενα θα μπορούσαν να αποτελέσουν κίνδυνο πλοήγησης κάποια στιγμή.
Η διαχείριση των πυρηνικών αποβλήτων είναι ένα κρίσιμο ζήτημα σε όλο τον κόσμο, ειδικά με την άνοδο των πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας ως μια δημοφιλής εναλλακτική λύση παραγωγής ενέργειας. Η πυρηνική ενέργεια δεν παράγει εκπομπές, καθιστώντας την ελκυστική από περιβαλλοντική άποψη, και πολλά έθνη βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην πυρηνική ενέργεια για ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, τα πυρηνικά απόβλητα έχουν αρχίσει να συσσωρεύονται σε ορισμένες περιοχές του κόσμου, δημιουργώντας ερωτήματα σχετικά με το πόσο πραγματικά είναι φιλική προς το περιβάλλον η πυρηνική ενέργεια.