Jednym z największych problemów związanych z pracą z materiałami jądrowymi jest ustalenie, co zrobić z tymi materiałami, gdy przeżyły już swoją przydatność. Rzeczy takie jak wypalone paliwo jądrowe z elektrowni i operacji wojskowych mogą być bardzo niebezpieczne, ale nie mają praktycznego zastosowania, zmuszając rządy i agencje ochrony środowiska do opracowania metod unieszkodliwiania odpadów jądrowych, które są bezpieczne i skuteczne. Niewłaściwe postępowanie z odpadami jądrowymi może spowodować poważne problemy, takie jak degradacja środowiska.
Czasami unieszkodliwianie odpadów nuklearnych można przeprowadzić przez ponowne przetworzenie odpadów, aby można je było wykorzystać do czegoś innego. Ponowne przetwarzanie generuje pewną ilość odpadów, ale zmniejsza ogólną ilość odpadów i może generować znaczne oszczędności poprzez uwolnienie nadającego się do użytku materiału, który w przeciwnym razie zostałby wyrzucony. Niektóre gałęzie przemysłu stosują powtórne przetwarzanie w celu rozbicia odpadów jądrowych na różne składniki, aby ułatwić obsługę podczas procesu utylizacji odpadów jądrowych.
Odpadów nuklearnych nie można wyrzucać na krawężnik ze śmieciami, ponieważ wytwarzają promieniowanie. Jedną z najczęstszych technik trwałego unieszkodliwiania odpadów jądrowych jest zakopywanie. Kiedy odpady radioaktywne są zakopywane, są przechowywane w dużych beczkach, które są zaprojektowane tak, aby wytrzymać radioaktywność. Bębny są zakopane głęboko pod ziemią w obszarze stabilnym sejsmicznie, gdzie odpady nuklearne rozkładają się na mniej lotne składniki na przestrzeni wieków. Takie podejście do usuwania odpadów radioaktywnych jest nieco problematyczne, ponieważ bębny mogą ulec awarii, powodując zanieczyszczenie lub przyszłe cywilizacje mogą odkryć teren, nie zdając sobie sprawy, że zawiera niebezpieczne materiały.
Niektórzy ludzie opowiadają się za wystrzeliwaniem odpadów nuklearnych w kosmos. Przestrzeń kosmiczna ma już bardzo dużo promieniowania tła, więc jest mało prawdopodobne, aby odpady nuklearne powodowały problem z promieniowaniem w kosmosie, ale myśl o pozostawieniu beczek ze zużytymi materiałami jądrowymi dryfujących po wszechświecie jest dla niektórych nieprzyjemna. Pojawiły się również obawy dotyczące bezpieczeństwa posiadania wielu porzuconych obiektów unoszących się w przestrzeni, ponieważ obiekty te mogą w pewnym momencie stać się zagrożeniem nawigacyjnym.
Gospodarka odpadami jądrowymi to kluczowa kwestia na całym świecie, zwłaszcza w obliczu rosnącej popularności elektrowni jądrowych jako popularnej alternatywy wytwarzania energii. Energia jądrowa nie generuje emisji, co czyni ją atrakcyjną z punktu widzenia ochrony środowiska, a wiele krajów w dużym stopniu polega na energii jądrowej. W rezultacie w niektórych regionach świata zaczęły gromadzić się odpady nuklearne, co rodzi pytania o to, jak naprawdę przyjazna dla środowiska jest energia jądrowa.