Trong dây chuyền sản xuất nhiên liệu hạt nhân hai khâu khai thác và chế biến quặng urani có tác động xấu nhất đối với con người và môi trường. Quặng urani chủ yếu được khai thác bằng cách cổ điển ở mỏ lộ thiên hoặc mỏ ngầm. Nếu là mỏ lộ thiên, chỉ cần bóc lớp đất đá phủ tương đối mỏng để lấy quặng, còn mỏ ngầm thì phải đào hầm lò khá sâu qua lớp đá không quặng, có khi tới hai ba kilômet dưới lòng đất. Hàng triệu lít nước ô nhiễm bơm từ mỏ vào sông rạch, khiến lớp trầm tích ngày càng chứa nhiều chất phóng xạ hơn. Tuy việc thông khí ở mỏ giảm được phần nào tai hại cho sức khỏe công nhân, nhưng bụi phóng xạ và khí rađon thổi ra ngoài lại làm tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi cho người dân sống gần đó. Đá thải chất thành gò lớn cũng hay có độ phóng xạ cao hơn các loại đá bình thường. Kể cả khi mỏ đã ngừng hoạt động, gò đá thải vẫn còn là mối đe dọa đối với môi trường và các khu dân cư lân cận vì khí rađon, nước rỉ ô nhiễm có thể thoát ra ngoài
Sau khi thu hoạch, quặng urani được đập vỡ rồi nghiền nhỏ ở phân xưởng gia công. Trong quá trình thủy luyện, người ta tách urani ra khỏi quặng bằng một dung dịch thường là axit
sunfuric nhưng cũng có khi là dung dịch bazơ. Nguy cơ lớn nhất ở khâu này là bụi phóng xạ. Bên cạnh đó, hàng chục triệu tấn phế liệu nhiễm chất phóng xạ cũng có thể gây tác động nặng nề.Quặng thải bao gồm tất cả các thành phần khác, trong đó có thôri-230, rađium-226... và cả dư lượng urani nữa. Ngoài ra, quặng thải còn chứa nhiều chất độc như kim loại nặng, asen... Vì thế, các bãi phế liệu là nguồn phóng xạ độc hại lâu dài. Phải sau mấy trăm ngàn năm, lượng phóng xạ và sự phát sinh khí rađon mới giảm đáng kể. Ngoài ra, còn có khả năng nước rỉ chứa asen, urani v.v. - đặc biệt nguy hiểm trong môi trường axit vì các đồng vị phóng xạ ở dạng cơ động hơn bình thường - làm ô nhiễm cả nước ngầm lẫn nước bề mặt. Vì chu kỳ bán rã của nhiều chất phóng xạ quá dài nên để bảo đảm an toàn, bãi phế liệu phải được củng cố bằng đập đá hay bê-tông. Điều đó khó thực hiện ở những vùng chịu nhiều tác động xói mòn và thiên tai lũ lụt như Việt Nam. Trong quá khứ, nhiều vụ vỡ đê bảo hộ khiến hàng ngàn tấn bùn và hàng triệu lít nước ô nhiễm tràn ra ngoài, thí dụ như ở Hoa Kỳ năm 1977, 1979 và ở Canađa năm 1984.Sau khi ngừng khai thác, đề phòng tai họa cho con người và môi trường, cần phải thu dọn, cải thiện tình trạng ô nhiễm ở mỏ và phân xưởng gia công, cũng như phải quản lý chặc chẽ một lượng phế thải (đá và quặng thải) hạt nhân khổng lồ. Chi phí xử lý sau khi khai thác tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn bảo vệ môi trường. Đức phải chi 49 USD cho mỗi tấn phế thải hay 14 USD cho mỗi cân Anh U3O8 khai thác ở CHDC Đức cũ, trong khi các chi phí tương ứng của Canađa là 0,48 USD/tấn phế thải và 0,12 USD/lb U3O8. Tổng chi phí xử lý mấy chục triệu tấn phế thải từ một mỏ urani sẽ lên tới hàng triệu, thậm chí hàng trăm triệu đô-la Mỹ..
Giữa bối cảnh môi trường sinh thái ở nước ta đang suy thoái, mỗi tác động đáng kể vào tự nhiên đều đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận và những biện pháp phòng chống ô nhiễm chặt chẽ.
Vì thế cho nên chừng nào nước ta chưa đào tạo đủ công nhân kỹ thuật, cán bộ quản lý có kỹ năng và tinh thần trách nhiệm cao, chưa có luật định nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường như hiện nay, chúng ta khoan tiến hành việc sản xuất urani.Đây là loài cá từng gây xôn xao ở Hàn Quốc vào năm 2005. Hiện tượng kỳ thú này là do xung quanh khu vực hồ nước ở TP Chongju, nơi phát hiện ra cá chép mặt người có nhiều nhà máy điện nguyên tử đang hoạt động. "Chất thải nhiễm phóng xạ hạt nhân là nguyên nhân dẫn tới sự đột biến gene của động vật sống trong hồ."
Một trong những tác động nguy hiểm nhất của bức xạ ion hóa là sự thiệt hại mà nó gây ra cho ADN trong nhân tế bào. Thay đổi trong ADN nếu xảy ra trong các tế bào sinh sản thì sự đột biến đó có thể truyền qua thế hệ kế tiếp, gây ra khuyết tật hay các bệnh di truyền . Nếu đột biến xảy ra trong tế bào bình thường, chúng có thể làm thay đổi chức năng của những tế bào này , gây hại cho sức khỏe và tăng cao nguy cơ bệnh ung thư.
Khi sự cố xảy ra,các chất phóng xạ cực kỳ nguy hiểm sẽ phát tán ra môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái:nguồn nước,đất,không khí bị nhiễm phóng xạ;các loài động thực vật bị tác động và có thể gây đột biến gen dẫn đến thay đổi loài hoặc
ảnh hưởng đến sự phát triển.Tiếp xúc với dộ phóng xạ cao có thể gây những nguy hiểm nghiêm trọng cho cơ thể, liên qua đến nhiều bệnh lý như đau khớp xương, suy nhược thần kinh, giảm tuổi thọ, thậm chí tử vong.Sự cố hạt nhân không chỉ xảy ra đối với nhà máy điện hạt nhân khi vận hành, mà còn tiềm ẩn nguy cơ khi vận chuyển nhiên liệu hạt nhân; đặc biệt là ở khâu xử lý chất thải hạt nhân (nhiên liệu đã qua sử dụng), có thể gây ô nhiễm môi trường.