核燃料通过变革原子核而得到能量的燃料。核裂变燃料有铀、钚等；核聚变燃料有氘氚等。参见“物理”中的“核燃料”。
核燃料经中子碰撞能产生核裂变而释放出能量的物质。常用的有铀235、钚239等。
核燃料可裂变和可转换能的元素以及在核反应堆中用作能源的同位素。虽然很多重元素能在高能粒子、质子氘核或中子轰击下引起裂变，但只有中子才能提供自持反应。
在裂变过程中释放的中子数V是各不相同的。如刚超过裂变点的元素 （银）裂变许多次才放出一个中子； 而重元素（例如钍和铀） 每次裂变放出2个或多个中子。即使就这样的元素而论，中子被核俘获以后，在很多情况下，伴随着以发射γ射线的形式释放其过剩的能量，而不是核裂变。这就减少了对进一步裂变有用的中子数。中子俘获与中子裂变之比，对各种核来说是不同的，并且随轰击中子的能量而变化。只有很少几种元素的同位素，它们的裂变机率比俘获机率高。铀-233、铀-235和钚-239等这些可裂变同位素是能维持裂变反应的仅有的材料，因此称为核燃料。
这些同位素中，只有铀-235在自然界中存在，它占天然铀的1/40，其余为铀-238。其它两种可裂变同位素必须用人工生产，铀-233是通过钍-232的中子俘获，而钚-239是通过铀-238的中子俘获而分别得到的。同位素钍-232和铀-238称为可转换材料。
在核反应堆中使用可裂变同位素与可转换同位素的混合物，可以减少核燃料的消耗率，这是由于过剩中子被可转换材料俘获以后能补充可裂变材料的缘故。因此，铀-235可以被燃烧 （裂变），是因过剩中子被俘获的结果。
生产新核燃料的效率与反应堆内有害的中子吸收或中子泄漏造成的中子损失程度有关。在某些情况下，可以使这种损失小到足以使产生的核燃料比消耗的多。而且铀-233和钚-239可以代替原来铀-235作为燃料使用，通过这种方法，很大一部分可转换材料可逐渐转换成可裂变材料。燃烧铀-233和钚-239，而且产生的燃料和消耗的燃料相比一样多，或更多，这样的反应堆称为增殖堆。
在已知的高品位铀矿中，可裂变的铀-235所产生的总能量约占可经济回收的矿物燃料所产生的总能量的5%还不到。因此，如果不利用增殖或转换的燃料循环，则长期来说，核裂变不可能成为一种重要的能源。 核燃料含有易裂变核素(如铀235、钚259、铀233)或可聚变核素（如氘和氚）在反应堆中可以发生自持的核反应并连续释放能量的材料，1 kg铀235完全裂变发生的热量约为2.2×107 kW·h，并产生裂变产物(36种元素的300多种核素)。共产生的热量比1 kg标准煤燃烧发生的热量大280万倍。1 kg氘裂变所释放的热量比1 kg铀235约大3倍。 |