تتضمن الإعادة المعالجة النووية عملية فصل المواد النووية من الوقود المستخدم سابقاً في المفاعلات النووية ، حتى يتم إعادة استخدامها كوقود جديد. تتم هذه العملية عن طريق المعالجة الكيميائية للوقود النووي المستخدم وفصل اليورانيوم والبلوتونيوم والتكنيتيوم واليود وغيرها من العناصر النووية.
تبدأ العملية بتفكيك الوقود النووي المستخدم و تحويله إلى مواد معالجة، ويتم ذلك عن طريق التعرض للأحماض والمذيبات في المعامل الكيميائية. ثم يعزل الشوائب، ويتم فصل البلوتونيوم واليورانيوم والعناصر الأخرى من الشوائب عن بعضها البعض. وتتم هذه العملية بالاعتماد على الاختلافات في خصائص هذه العناصر النووية، مثل حجم النواة، والكتلة الذرية، والانحلال الإشعاعي.
بعد ذلك، تتم إعادة استخدام اليورانيوم والبلوتونيوم والعناصر الأخرى كوقود جديد في المفاعلات النووية. ويتم التخلص من المواد النووية المتبقية وغير القابلة للاستخدام عن طريق التخزين في مجمعات النفايات النووية.