经过辐照的燃料元件，从堆内卸出时总是含有一定量未分裂和新生的裂变燃料。乏燃料的后处理的目的就是回收这些裂变燃料如铀-235，铀-233和钚，利用它们再制造新的燃料元件或用做核武器装料。此外，回收转换原料（铀-238，铯-137，锶-90），提取处理所生成的超铀元素以及可用作射线源的某些放射性裂变产物（如铯-137，锶-90等），都有很大的科学和经济价值。但此项工序放射性强，毒性大，容易发生临界事故，所以，在进行乏燃料的后处理时一定要加强安全防护措施。

后处理工艺一般分为四个步骤：冷却与首端处理、化学分离、通过化学转化还原出铀和钚、通过净化分别制成金属铀（或二氧化铀）及钚（或二氧化钚）。冷却与首端处理是冷却将乏燃料组件解体，即脱除元件包壳，溶解燃料芯块。化学分离（即净化与去污过程）是将裂变产物从U-Pu中清除出去,然后用溶剂淬取法将铀-钚分离并分别以硝酸铀酰和硝酸钚溶液形式提取出来。

在核工业生产和科研过程中，会产生一些不同程度放射性的固态、液态和气态的废物，简称为"三废"。在这些废物中，放射性物质的含量虽然很低，危害却很大。普通的外界条件（如物理、化学、生物方法）对放射性物质基本上不会起作用。因此在放射性废物处理过程中，除了靠放射性物质的衰变使其放射性衰减外，就只能采取多级净化、去污、压缩减容、焚烧、固化等措施将放射性物质从废物中分离出来，使浓集放射性物质的废物体积尽量减小，并改变其存在的状态，以达安全处置的目的。这个过程称为"三废处理与处置"。