又称辐照核燃料。在反应堆内烧过的核燃料。核燃料在堆内经中子轰击发生核反应，经一定时间从堆内卸出。它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th，未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U或233U以及核燃料在辐照过程中产生的
镎、
镅、锔等超铀元素，另外还有裂变元素90Sr、137Cs、99Tc等。经过冷却后把有用核素提取出来或把乏燃料直接贮存。
以最常见的
压水堆核电站为例，核燃料采用的铀是低浓缩铀，其中含裂变材料铀-235的含量为3%（称为富集度，天然铀的铀-235富集度为0. 714%）。核燃料的形式为由铀混合物粉末烧结成的
二氧化铀陶瓷芯块。瓷芯块为直径1厘米，高度1厘米的圆柱体。几百个芯块叠在一起装入直径1厘米，长度约4米，厚度为1毫米左右的细长锆合金材料套管内，因为
核裂变反应就像是在燃烧原子。
核燃料一经在核电厂使用发电后，即成为“乏燃料”并等待进一步处理，或者送往后处理设施从废物中回收其中所含的铀和
钚，或者存放在中间贮存设施或放入“最终处置库”进行最终解决。
经过辐照后从核反应堆内卸出且不再在该堆内使用的核燃料。由于它的裂变物质已经部分消耗，裂变产物毒性物在材料中积累，这时的燃料不能继续有效的维持链式反应。自反应堆内替换下来的乏燃料，其特性是具有很高的热量并含有一定量的裂变燃料，包括未分裂和新产生的核素，还有许多放射性活度极高的衰变产物。一般是将其贮存在与反应堆压力壳毗邻的乏燃料贮存水池中，俟冷却到一定程度后，可以运往专门的工厂回收其中宝贵的裂变燃料，以制成新的燃料元件或用作核武器装料，对具有毒性的分离物则进行妥当的处理，避免危害环境。
朝鲜已开始对从试验核反应堆中取出的乏燃料棒进行再处理。
朝鲜中央通讯社当天援引这位发言人的话说，乏燃料棒的再处理是为了“对付敌对势力日益加重的军事威胁”。这一行动“将对努力加强自卫的核遏制力做出贡献”。
朝鲜4月5日宣布发射卫星后，
联合国安理会13日就此发表主席声明，认为朝鲜的发射活动违背了安理会第1718号决议。朝鲜外务省14日在
平壤发表声明，拒绝接受安理会的这一主席声明，宣布退出朝核问题
六方会谈，并按原状恢复已去功能化的核设施。
据报道，对乏燃料棒进行再处理可以提取制造核武器的原料——
钚。