通常所說的核燃料是指可在核反應堆中通過裂變產生核能的材料，它是核反應堆產生能量的源泉，可作為核燃料的易裂變物質有鈾-233、鈾-235和钚-239。其中鈾-235是天然存在的，而鈾-233和钚-239分別由釷-232和鈾-238用人工方法轉換而得。自然界中鈾-238的儲量約為鈾-235的140倍，釷-232的儲量是鈾-235和鈾-238總和的4倍左右，因此如何把鈾-238和釷-232轉換為易裂變物質對擴大核能資源是極為重要的。
核燃料一般是經過鈾礦石開采、加工、轉化和濃縮，通過加工制作成的，不同的堆型可以使用不同的核燃料，壓水堆核燃料普遍采用低濃縮鈾（鈾-235的富集度約為3%）核燃料，也有用鈾和钚的混合氧化物作為燃料，稱之為MOX燃料。制作好的核燃料芯塊用鋯合金為包殼材料制作成燃料棒，再將燃料棒組裝成燃料組件。以100萬千瓦的壓水堆核電站為例，堆芯一般裝有150～200個燃料組件，約40000～50000根燃料棒。
重水堆和石墨氣冷堆也可以使用天然鈾作為核燃料發電，我國的秦山三期CANDU重水堆用的就是天然鈾核燃料。
