原子力発電所で使い終えた燃料（使用済み燃料）から核分裂していないウランや新たに生まれたプルトニウムなどをエネルギーとして回収し、約9５％のものを再び原子力発電の燃料に使う仕組みのことです。使用済み燃料は放射能を弱めるために貯蔵プールに冷却、貯蔵されます。
使用済燃料は放射能を弱めるため、貯蔵プールに冷却・貯蔵されます。その後、十分に放射能が弱まった後、約3～4cmに細かくせん断します。そして、燃料の部分を硝酸で溶かし、ウラン、プルトニウム、核分裂生成物に分離します。ウラン溶液とプルトニウム溶液は、精製、脱硝してウラン酸化物とウラン・プルトニウム混合酸化物になります。核分裂生成物を含む廃液は、強い放射能を帯びているため、ガラス原料と混ぜ合わせガラス固化体にされるのです。日本では資源を有効に利用し、エネルギーを将来にわたってより安定して使えるようにするために、核燃料サイクルの着実な推進を原子力政策の基本方針としています。資源の節約だけでなく、「純国産エネルギー資源」となり、エネルギー資源の少ない日本にとって大きな意義があるのです。
1、ウラン鉱山から発掘
核分裂のしやすいウラン235が約0.7％、核分裂のしにくいウランが約99.8％含まれている。
2、製錬→転換→濃縮（ウラン235の濃度を3％から5パーセントまで濃くする）→再転換→成型加工→燃料集合体に加工
核分裂の際に出てきた中性子の数を調整し次々とウラン235に充てると核分裂反応を定常化させることができる。これを臨界という。
3、原子炉の投入、発電開始
三年程度発電に使われ、使用後は取り出される。これが使用済み燃料である。使用済み燃料には核分裂せずに残ったウラン235や、ウラン238、また新たに発生したプルトニウム239があわせて約95％含まれている。
4、再処理
上記のウラン、プルトニウムを再処理という形で回収する。これを混合酸化物燃料（MOX燃料、Mixed Oxide Fuel）という。そして、再び原子力発電所で使用（プルサーマル）する。