按照工业应用的先后，后处理技术发展大致可分为四个阶段。在其起始阶段，主要是为了优先提取军用钚，少数工厂曾不再纯化回收铀而是暂时贮存起来。

美国和前苏联最先采用的都是沉淀法工艺，到20世纪50年代美国为首逐步发展了以TBP（磷酸三丁酯）为萃取剂、以硝酸为盐析剂的PUREX（“萃取法回收铀和钚”的英文词头缩写）工艺。

早期的PUREX流程经改进后用于核电站动力堆乏燃料后处理，目前已被商业后处理厂普遍采用，称之为第二代后处理技术。由于核电站燃料的燃耗大大提高（从生产堆的不到1000MWd/tU提高到数万MWd/tU），裂变产物、超铀元素含量以及乏燃料的辐射水平大大增加。

因此虽然仍然采用了PUREX流程，但铀、钚分离及净化系数亦随之提高；很多工艺参数等均有改变；同时在废物管理（尤其在废液固化处理上）、人员的辐射防护和环境保护、核安全、工艺过程稳定性、经济性等方面，所采取的技术手段和工程措施也有很大改进。

第三代（水法分离）和第四代（干法分离）后处理技术目前仍处于研发阶段，处理的乏燃料燃耗进一步提高，在回收铀、钚的同时，还考虑次锕系元素（镎、镅、锔）和长寿命裂变产物核素（Tc-99和I-129）以及高释热核素（Cs-137和Sr-90）的分离。

后处理的对象繁多（除铀、钚外还含有裂变产物、活化产物及次锕系，共45种典型元素、200余种核素），而且各组份的含量差别大，化学行为极其复杂，铀/钚分离和对杂质的净化要求很高；核临界安全问题突出；运行可靠性和自动化水平要求高。