Thông thường các chất thải hạt nhân ựược chia làm hai loại: các chất thải phóng xạ Ộmức thấpỢ (Low Level Radioactive Waste) và các chất thải phóng xạ Ộmức caoỢ (High Level Radioactive Waste).
đối với các chất thải phóng xạ Ộmức thấpỢ, cả hoạt ựộ lẫn chu kỳ bán rã ựều tương ựối nhỏ. Trong vòng 10 - 15 năm, hầu hết các chất thải nhóm này ựều phân rã hết; nơi chôn cất có thể coi như một bãi phế thải thông thường. Tiêu biểu của các chất thải phóng xạ thuộc nhóm này là Ba140 (13 ngày), Sr89 (54 ngày), Ru106 (1 năm), Ce144 (1,3 năm). Hầu hết chất thải phóng xạ thấp có ựộ phóng xạ rất thấp và người ta chỉ quan tâm ựến chất thải phóng xạ liên quan ựến mức ựộ ảnh hưởng lớn của nó.
Các chất thải phóng xạ Ộmức caoỢ nói chung là những chất có nguồn gốc từ lõi lò phản ứng hạt nhân hoặc các chất nổ hạt nhân như urani, plutoni, các mảnh phân hạch và các chất phóng xạ nhân tạo ựứng sau uranị Các chất này lại có thể chia làm hai nhóm nhỏ: Nhóm các mảnh phân hạch và nhóm các ựồng vị siêu uranị Nhóm các mảnh phân hạch thường trải qua các chuỗi phân rã α, β và γ ựể rồi cuối
cùng trở thành các ựồng vị bền. Nói chung, sau 1000 năm chúng có mức phóng xạ rất thấp. để ựạt tới mức phóng xạ hầu như là vô hại này, nhóm siêu urani phải cần tới 500.000 năm, thêm vào ựó quá trình toả nhiệt có thể kéo dài trên 200 năm. điển hình các chất thải phóng xạ thuộc nhóm thứ nhất là Te99 (2.106 năm), I129 (16.107 năm). đại diện của các chất nhóm 2 là Pu239 (24.000 năm), Pu240 (6.500 năm) và Am243 (7.300 năm). Nguyên liệu ựã qua sử dụng có tắnh phóng xạ rất cao và phải rất thận trong trong khâu vận chuyển hay tiếp xúc với nó. Tuy nhiên, nguyên liệu hạt nhân ựã sử dụng sẽ giảm khả năng phóng xạ sau hàng ngàn năm. Có khoảng 5% cần nguyên liệu ựã phản ứng không thể sử dụng lại ựược nữa, vì vậy ngày nay các nhà khoa học ựang thắ nghiệm ựể tái sử dụng các cần này ựể giảm lượng chất thảị Trung bình, cứ sau 40 năm, dòng phóng xạ giảm 99,9% so với thời ựiểm loại bỏ nguyên liệu ựã sử dụng, mặc dù nó vẫn còn phóng xạ nguy hiểm.
Chất thải phóng xạ hiện là một vấn ựề chưa có ựược hướng giải quyết triệt ựể. Sau ba năm sử dụng, các thanh nhiên liệu ựã cháy ựược coi là chất thải hoạt ựộ caọ Tại nhiều nước các chất bó thanh nhiên liệu này ựược lưu giữ tại nhà máy (thời hạn có thể ựến 50 năm) rồi ựược vận chuyển ựến ựịa ựiểm lưu trữ lâu dàị Tuy nhiên, chưa nước nào có ựược một ựịa ựiểm ổn ựịnh lưu giữ chất phóng xạ cao này trong thời gian dài (1.000 - 100.000 năm), mà mới chỉ ở mức ựộ mô phỏng trên mô hình (Pháp). Nhưng các nghiên cứu về xử lý và quản lý chất thải hoạt ựộ cao ựang ựược nhiều nước trên thế giới quan tâm ựầu tư nghiên cứụ Hy vọng, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, sẽ sớm có giải pháp tối ưu cho vấn ựề này trong thời gian tớị
Trong nhà máy, ựiện ựược tạo ra thông qua quá trình phân hạch hạt nhân. Tuy nhiên, quá trình này ựồng thời cũng tạo ra vô số các sản phẩm phụ, bám trên các thanh bọc nhiên liệu, vách thành lò phản ứng, trên những bức tường thép và tường bê tông của buồng ngăn. Việc xử lý và chôn lấp rác thải phóng xạ, nhất là rác thải phóng xạ mức cao là một công ựoạn ựặc biệt quan trọng trong suốt quá trình vận hành một nhà máy, bảo ựảm không gây ra ô nhiễm ở khu vực chôn lấp. Hiện nay, về lý thuyết có một số biện pháp xử lý rác thải phóng xạ như chôn sâu trong lòng ựất, chôn lấp dưới ựáy biển, chôn lấp ở vùng hút chìmẦ Tuy nhiên, các biện
pháp này còn gặp nhiều khó khăn về mặt pháp lý, do ựó biện pháp xử lý duy nhất là chôn cất trong các hầm mỏ, kho chứạ
Trong quá trình phân rã nguyên liệu hạt nhân, nhà máy ựiện hạt nhân cũng sẽ sinh ra chất thải ựộc hại là hạt nhân phóng xạ. Những chất thải này vẫn còn tắnh phóng xạ cao ựến mức công nhân trong nhà máy ựiện hạt nhân có thể chết vì ựứng gần trong vài phút ựến vài giờ. Nếu không ựược xử lý triệt ựể, chất thải này sẽ làm nhiễm xạ cả những nguồn tài nguyên tự nhiên quan trọng khác như ựất, nướcẦ Ở nhà máyựiện nguyên tử, việc thải ựi chất phóng xạ ựược quản lý bằng nồng ựộ (như ở đức là 3 kBq/mỠ). Vì thế người ta dễ ựồng tình với việc Ộpha loãng thì cho trôi ựi ựượcỢ, dẫn ựến khả năng một lượng lớn chất phóng xạ thoát ra môi trường. Chất phóng xạ sẽ lan ựi, tắch lũy trong cơ thể sinh vật, kể cả con người, và gây nên nhiều tác hại nghiêm trọng kéo dài như rối loạn di truyền, ung thư, dị tật bẩm sinh, Ầ
Việc xử lý chất thải từ nhà máy ựiện hạt nhân không hề ựơn giản. Chất phóng xạ thường có chu kỳ bán rã (thời gian ựể lượng chất ựó giảm ựi một nửa) rất dàị Nhiều chất thải phóng xạ vẫn rất nguy hiểm sau vài triệu năm. Hiện nay chưa có nước nào có khả năng xử lý triệt ựể chất thải phóng xạ ngoài việc chôn chúng sâu xuống ựất (hơn 300 m) và giữ ở ựó từ 50 ựến 300 năm (25-30) và không có gì ựảm bảo là chất thải hạt nhân sẽ không bị rò rỉ suốt thời gian ựó.
Tuy nhiên vận hành và bảo dưỡng nhà máy an toàn trong một thời gian dài từ 40 - 60 năm mới là nỗi quan tâm lo lắng nhất. Một sai lầm nhỏ cũng có thể dẫn ựến những hậu quả và thiệt hại to lớn. Không giống như các nhà máy ựiện khác, vấn ựề an toàn ở ựây bao gồm cả vấn ựề bảo vệ nhà máy chống lại mối ựe doạ phá hoại từ bên ngoài (ựe doạ gây thảm hoạ phóng xạ), và bảo vệ nguyên liệu hạt nhân.