หมายถึง วัสดุเชื้อเพลิงที่ใช้เป็นต้นกำเนิดพลังงานความร้อนในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งความร้อนที่ได้เกิดจากปฏิกิริยาแตกตัวแล้วถ่ายเทความร้อนให้แก่น้ำระบายความร้อนเพื่อนำไปผลิตไฟฟ้า ดังได้กล่าวมาแล้ว เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แตกต่างจากเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (fossil fuel) ที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไปซึ่งใช้การเผาไหม้ของถ่านหิน ก๊าซ หรือน้ำมัน เป็นต้นกำเนิดพลังงานความร้อน
ข้อแตกต่างระหว่างเชื้อเพลิงนิวเคลียร์กับเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์
๑. ใช้หลักปฏิกิริยาแตกตัวทางนิวเคลียร์ในการผลิตความร้อน ไม่มีเขม่าควันหรือก๊าซจากการแตกตัวออกสู่บรรยากาศ
๒. โรงไฟฟ้าขนาด ๑,๐๐๐ เมกะวัตต์ ใช้ปริมาณเชื้อเพลิงประมาณ ๓๐ ตัน/ปี
๓. ราคาเชื้อเพลิงไม่ผันผวนเพราะใน ๑ รอบการเดินเครื่อง (cycle) จะใช้เชื้อเพลิงประมาณ ๑ ใน ๓ ของทั้งหมดที่อยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ เมื่อรวมกับเชื้อเพลิงสำรองอีกประมาณ ๑.๕ เท่า จะทำให้สามารถเดินเครื่องได้ไม่ต่ำกว่า ๔ รอบ โดยต้นทุนเชื้อเพลิงไม่เปลี่ยนแปลงเลย (๑ รอบการเดินเครื่อง = ๑๘ เดือน)
๔. ต้องใช้เทคโนโลยีเฉพาะด้านในการผลิตเชื้อเพลิง
๕. กากเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้นถูกกักอยู่ในแท่งเชื้อเพลิง เมื่อเลิกใช้งานแล้วเชื้อเพลิงยังคงสภาพทางกายภาพในลักษณะเดิม
๖. เชื้อเพลิงกลายเป็นกากกัมมันตรังสีสูงที่ต้องใช้เทคโนโลยีเฉพาะด้านในการจัดการแต่ใช้พื้นที่ไม่มาก
๗. ปริมาณสำรองเชื้อเพลิง (ธาตุยูเรเนียม/ทอเรียม) ในโลกเท่าที่สำรวจพบมีอยู่ประมาณ ๖๐๐ Q ในกว่า ๒๐ ประเทศ (๑ Q ป ๑๐๒๑ จูล)
๑. ใช้หลักการเผาไหม้ในการผลิตความร้อนทำให้เกิดเขม่าควัน ก๊าซเรือนกระจก จากการเผาไหม้ของสารไฮโดรคาร์บอน
๒. ใช้ปริมาณถ่านหิน ๒.๖ ล้านตันหรือน้ำมัน ๒ ล้านตัน/ปี สำหรับโรงไฟฟ้าขนาดเดียวกัน
๓. หากเป็นการนำเข้าจากต่างประเทศราคาถ่านหินอาจมีการเปลี่ยนแปลงได้เมื่อเทียบกับรอบการเดินเครื่องที่เท่ากัน
๔. ใช้เทคโนโลยีทั่วไปในการผลิตเชื้อเพลิง
๕. เปลี่ยนรูปเป็นเถ้าปริมาณมากในกรณีของถ่านหิน
๖. ไม่ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูงในการจัดการกากเถ้าของถ่านหินแต่ต้องใช้พื้นที่มาก
๗. ปริมาณสำรองเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ทั่วโลกมีอยู่ประมาณ ๑๓๘ Q (ถ่านหิน ๑๓๒ Q น้ำมันและก๊าซ ๖ Q)
หมายเหตุ : ข้อมูลจาก Sustainable Development & Nuclear Power, IAEA, November 1997. 97-04710 IAEA/PI/A/55E.