核能的特点是很少量的燃料可以释放巨大的能量。废料的量相对来说是很小的。然而，大多数核废料是放射性的，所以必须要很谨慎的管理核废物。
由于放射性核废料本质上是由核反应堆产生的，所以使用核燃料发电国家处理它们是不容推卸的责任，这点是得到全世界公认的。为了保护人类和环境的安全，放射性废物通常会根据不同组成成分会采取不同的管理措施。根据废物放射性的种类和大小，通常会将放射废物分为高放、中放、低放废物。在处理废物中另外一个影响因素是废物保持危险性的时间，这很大程度上取决于废物当中放射性核素半衰期的大小。不同物质的半衰期不同（范围从零点几秒到几十亿年），随着这些核素衰变至稳定同位素，放射性在逐渐减弱。
同位素的衰变率与它的半衰期成反比，因此，对于每一种辐射来说，辐射强度越高，同样多的材料中，它的半衰期就越短。应用于放射性废物管理的三个一般原则如下：
- 集中和控制
- 稀释和驱散
- 延迟并衰减
前两个原则也适用于非放射性废物的管理。废物一般会被集中或者孤立起来，或者稀释到可以接受的程度然后排放到环境之中。第三条原则是放射性废物处理独有的，它是指废物被储存起来，然后通过其中的放射性核素的天然衰变减少其放射性。
低放的废物来自于医院、实验室和工厂，也有一部分来自于核燃料循环链。它由纸、抹布、工具、衣服、过滤器等组成，含有少量的短寿命的放射性。处理这种废物并不是很危险，但是要比平常的垃圾处理的更加小心一些。通常它被浅埋在垃圾处理厂。为了减少体积，通常在处理之前将其压缩或者焚烧置于密闭容器之中。低放废物站废物总体积的90%，但是其放射性只占废物总放射性的1%。
中放废物含有大量的放射性并且可能需要特殊的保护。它通常包括树脂、化学污泥和反应堆组件,以及从反应堆退役中受污染的材料。中放废物体积占所有放射性废物体积的7%，它的放射性占废物总放射性的4%。它需要混凝土或者沥青固化处理。通常短寿命的放射性废物（主要来自于反应堆）被掩埋，但是长寿命的废物（来自核燃料循环后处理）通常都是深埋于地下。
高放废料主要是使用后的核燃料本身。虽然只占放射性废物体积总量的3%，高放废物的放射性占总放射性的95%。它包括一些高放的裂变产物和一些长寿命的重核元素。它一般会产生大量的热并且往往需要冷却，并且在处理和运输过程中需要特殊的屏蔽。如果使用后的核废料再被加工，分离后的废料通过压缩成硼硅酸盐陶瓷化并且密封于不锈钢的容器之中，并且最终深埋于地下。另一方面，如果反应堆燃料不再处理，那么所有的高放射性同位素都会留在它里面，所以整个燃料组件都会被视为高放的废料。使用过的核燃料的体积大概是在再处理中分离玻璃化的高放废料的九倍。使用过的核燃料在视为核废料处理的时候必须密封起来。
高放废料和使用后的核燃料都是具有高放射性的，人们在处理它们的时候必须与它们的辐射隔绝开来。这种核废料是在特殊的容器中运输的，这种容器会隔绝辐射并且不会在事故中破损。
不管使用过的核燃料是否经过再处理，高放废料的体积是适度的，对于一个典型的大的反应堆来说，大约每年3立方米的玻璃花废料，或者25-30吨的使用过的核燃料。相对较少的量使得它在处理之中可以相对独立的进行。
高放的核废料处理通常为了降低它的放射性会延迟40-50年后进行处理，经过这样一个延迟之后，它的放射性变为原来的千分之一左右，这样就更加容易处理了。所以被陶瓷化的废料容器，或者已经使用过的燃料组件，在这段时间里会先储存在特殊池子中的水中，或者干燥的混凝土结构或者桶中，陶瓷化废料和没有再处理的使用完之后的燃料组件最终处理要求它们与环境隔绝相当长的时间。最常用的方法就是将其掩埋在地质条件稳定的结构中地下500米左右，一些国家正在考证公众和环境都能接受的地址。一个特制的为长寿命核废料建设的地下贮藏室（虽然目前只是用于军事目的）已经开始在新墨西哥州运行的。经过1000多年的掩埋，大多数放射性物质已经衰减了，剩余放射性总量相当于相当于铀矿自然开采出来时的放射性含量，虽然它会更加集中。
为了确保处理核废料之后很长的一段时间中放射性没有明显的泄漏，一个多重屏障的处理概念被使用了。高放废物（甚至一些中放废物）的放射性核素被固定起来并且安全的与生物圈隔离起来。主要的屏障是：
- 将废物固定在不溶性基质之中，如硼硅盐等等。
- 用耐腐蚀的容器密封起来，如不锈钢等。
- 如果地下的贮藏室可能是湿润的话，用膨润土包裹着容器来防止任何的地下水活动。
- 选择稳定的岩石结构进行深层掩埋处理。