Zużyte paliwo jądrowe to materiał radioaktywny, który był używany jako paliwo w elektrowniach jądrowych. Gdy ten materiał jest używany przez znaczną ilość czasu, traci swoją skuteczność jako paliwo i musi zostać wymieniony. Niestety w tym momencie są to odpady radioaktywne, które mogą być śmiertelne dla ludzi i innych stworzeń przez tysiące lat. Metody unieszkodliwiania wypalonego paliwa jądrowego często budziły kontrowersje. Niektórzy naukowcy zaproponowali ponowne przetwarzanie odpadów na użyteczne paliwo jako alternatywę dla innych metod utylizacji.
Elektrownie jądrowe wytwarzają energię elektryczną poprzez kontrolowane reakcje jądrowe. Wiąże się to z przetwarzaniem wysoce radioaktywnych materiałów, takich jak uran i pluton. Czas, przez jaki paliwo pozostaje użyteczne, różni się w zależności od wieku reaktora i jego poziomu technologicznego. Od 2011 r. większość nowoczesnych elektrowni jądrowych może wykorzystywać paliwo przez trzy do sześciu lat, zanim materiał pogorszy się do tego stopnia, że przestanie być użyteczny. Po tym momencie materiał jest uważany za wypalone paliwo jądrowe.
Według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, amerykańskie elektrownie jądrowe wytwarzają rocznie około 2,000 ton wypalonego paliwa jądrowego. Problemem staje się wtedy, jak się go pozbyć. Większość obiektów jądrowych umieszcza paliwo w pobliskich izolowanych zbiornikach zwanych basenami wypalonego paliwa. Specjalnie uzdatniona woda w tych zbiornikach chłodzi materiał i pochłania większość promieniowania emitowanego z paliwa. W tych basenach materiał jest często przechowywany przez 10 do 20 lat.
Jednak po dziesięcioleciach użytkowania wiele z tych zbiorników jest prawie pełnych wypalonego paliwa jądrowego. Amerykańska Komisja Regulacji Jądrowych szacuje, że wiele z nich będzie bezużytecznych po 2015 roku. Amerykańskie prawo wymaga, aby rząd znalazł stałe składowanie niebezpiecznych odpadów jądrowych, ale względy środowiskowe uniemożliwiły budowę takich składowisk. W międzyczasie wypalone paliwo umieszczane jest w betonowych beczkach, ale ta metoda jest również kontrowersyjna ze względów środowiskowych i bezpieczeństwa. Inne kraje posiadające reaktory jądrowe stoją w obliczu podobnych problemów.
Jednym z rozwiązań stosowanych już przez takie kraje jak Francja i Rosja jest ponowne przetwarzanie wypalonego paliwa jądrowego. Ponieważ wypalone paliwo pozostaje radioaktywne, może być wykorzystywane do dalszej produkcji energii po ponownym przetworzeniu; mniej odpadów radioaktywnych powstaje w wyniku ponownego wykorzystania paliwa, chociaż sam proces jest kosztowny. Kwestie te nabrały nowego znaczenia po trzęsieniu ziemi w Japonii i kryzysie nuklearnym w 2011 r., które spowodowały, że wiele osób ponownie zastanowiło się nad polityką energetyki jądrowej. Istnieją również obawy, że niektóre kraje mogłyby wykorzystać wypalone paliwo jądrowe do tworzenia broni jądrowej. Energia jądrowa i odpady radioaktywne zawsze były kontrowersyjnymi kwestiami i wydaje się, że debata będzie kontynuowana w przyszłości.