核燃料循环包括放射性矿产资源勘查、开采冶炼、纯化转化、同位素分离、燃料元件制造、乏燃料后处理和放射性废物处理处置等环节。
1.铀矿勘探开采
铀矿勘探是对已具有工业价值的矿床或经详查圈出的勘探区，针对不同成因类型矿床的成矿特征，相应开展地质、物探、化探、开采技术条件等项工作，对铀矿床做全面的工业评价，编写矿床储量报告等。
2.铀同位素分离
天然铀中铀-235的含量仅为 0.72%。铀同位素分离是由铀-235含量较低的铀同位素混合物，获得铀235-含量较高的铀同位素混合物的同位素分离技术。铀同位素分离在核燃料循环中占极重要的地位。铀- 235含量大于天然含量的铀称为浓缩铀。浓缩铀可用作反应堆的燃料(通常含量在5%以下),还可用作核武器的装料(含量在90%以上)和舰艇的核动力燃料(含量在20%左右)。分离铀同位素的方法主要有气体扩散法、离心法、喷嘴法、激光法、化学交换法、等离子体法等。具有工业价值的是气体扩散法和离心法，激光法的工业应用已经取得重大进展。
3.核燃料元件制造
核燃料元件泛指核反应堆内具有独立结构的燃料使用单元，通常指由燃料芯体和包壳组成。核裂变释放的热通过燃料元件导出，并传给载热介质。核裂变产生的带有强放射性的裂变产物阻留在燃料元件内避免释放出来。不同类型反应堆由于物理、热工特性不同，因而然料元件的形状、结构，核燃料的组分和形式各不相同。燃料元件一般由燃料芯块和包壳及其结构件组成。多数反应堆采用棒状燃料元件，再将许多根棒状燃料元件组装起来成为燃料组件。燃料元件的制造工艺繁杂，包括冶金、热处理、机械加工、表面处理、理化分析、无损检测等。
4.乏燃料后处理
也称核燃料后处理。核燃料在反应堆“燃烧”后卸出称之为乏燃料。后处理是从乏(核) 燃料中提取未用完的铀和新生成的钚以及其他有用物质的复杂化学化工过程。经过后处理可以回收99%以上的铀和钚，以及其他有用的放射性同位素加以利用。回收的铀钚可以复用，实现铀资源的充分利用。后处理过程一般包括乏燃料冷却、首端处理、化学分离、铀钚尾端以及放射性废物管理等过程。
5.放射性废物处理处置
放射性废物是指含有放射性核素的物质，其放射性浓度或活度水平超过国家规定限值的气、液、固态废弃物，主要来自核燃料循环生产科研过程、核电站运行。放射性废物处理是对放射性废物进行最终处置的过程，包括：收集、分类、浓缩、焚烧、压缩、去污、固化、包装、运输和储存等。废物处理的目标是尽量减少放射性废物的体积，以减少储存、运输和处置的费用;并尽可能回收或复用，减少向环境的释放。释放的放射性总量和浓度必须符合有关规定。废物的管理必须遵守相关法律法规及标准的要求。
