Το εμπλουτισμένο ουράνιο είχε τη συγκέντρωση ενός συγκεκριμένου ισοτόπου, του ουρανίου 235 ή U235, αυξημένη πάνω από τα φυσικά επίπεδα. Το ουράνιο έχει τουλάχιστον τρία ισότοπα στη φύση και το U235 είναι ιδιαίτερα χρήσιμο ως καύσιμο για πυρηνικούς αντιδραστήρες και ως βάση για πυρηνικά όπλα. Το ουράνιο αποτελείται φυσικά από ένα πολύ υψηλό ποσοστό U238 και ένα πολύ μικρό ποσοστό άλλων ισοτόπων, με το U235 να είναι το επόμενο πιο κοινό, περίπου 0.7%. Με τον διαχωρισμό των ισοτόπων, μπορούν να δημιουργηθούν δείγματα εμπλουτισμένου ουρανίου με υψηλότερη συγκέντρωση ισοτόπων U235.
Το ουράνιο μπορεί να εμπλουτιστεί με διάφορους τρόπους και σε διαφορετικούς βαθμούς ανάλογα με την προβλεπόμενη χρήση. Το U235 είναι σημαντικό για τα καύσιμα των πυρηνικών αντιδραστήρων και τα πυρηνικά όπλα λόγω της ικανότητάς του να υφίσταται σχάση ή διάσπαση. Κάθε άτομο U235 που χωρίζεται απελευθερώνει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, καθώς και ένα ατομικό σωματίδιο υψηλής ενέργειας που ονομάζεται νετρόνιο. Στη συνέχεια, το νετρόνιο χτυπά ένα άλλο άτομο U235, προκαλώντας τη διάσπασή του, πυροδοτώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση. Όταν η αντίδραση είναι αργή και ελεγχόμενη, μπορεί να αξιοποιηθεί όπως συμβαίνει με έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Όταν η αντίδραση είναι βίαιη και ανεξέλεγκτη, το αποτέλεσμα είναι μια πυρηνική έκρηξη, η διαδικασία που αποτέλεσε τη βάση για τις βόμβες που έριξαν οι Ηνωμένες Πολιτείες στην Ιαπωνία στο τέλος του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου.
Ανάλογα με την προβλεπόμενη χρήση, παράγεται εμπλουτισμένο ουράνιο με ποικίλες συγκεντρώσεις ατόμων U235. Η χαμηλότερη ποιότητα είναι γνωστή ως ελαφρώς εμπλουτισμένο ουράνιο (SEU) και έχει συγκέντρωση έως περίπου 2% U235. Ο επόμενος βαθμός είναι γνωστός ως ουράνιο χαμηλού εμπλουτισμού (LEU) και συνήθως έχει συγκέντρωση περίπου 3% ή 4% U235, που είναι η υψηλότερη τυπική συγκέντρωση για το καύσιμο του αντιδραστήρα, αν και μπορεί να φτάσει και το 20%.
Το ουράνιο υψηλού εμπλουτισμού (HEU), γνωστό και ως ουράνιο ποιότητας όπλων, είναι ουράνιο που έχει συγκέντρωση περίπου 80% U235. Το εμπλουτισμένο ουράνιο σε αυτό το επίπεδο χρησιμοποιείται στην κατασκευή των όπλων που αποτελούν τα πυρηνικά οπλοστάσια πολλών χωρών, αν και τα επίπεδα εμπλουτισμού τόσο χαμηλά όσο 20% είναι επαρκή για την παραγωγή των απλούστερων πυρηνικών όπλων. Αυτός ο βαθμός εμπλουτισμένου ουρανίου ελέγχεται και ελέγχεται σε μεγάλο βαθμό από εθνικές και διεθνείς κυβερνήσεις και ρυθμιστικούς φορείς προκειμένου να προωθηθεί η ασφαλής χρήση του και να αποτραπεί η δημιουργία πυρηνικών όπλων από οντότητες που οι πολιτισμοί του κόσμου στο σύνολό τους θεωρούν δυνητικά επικίνδυνους ή ανεύθυνους.