Самые опасные отходы образуются на стадии переработки отработавшего ядерного топлива (ядерных отходов), которая является частью замыкающего ядерного топливного цикла. После того как топливо использовано в реакторе, оно становится высокоактивным, содержат продукты деления, трансурановые элементы (например, плутоний и америций), а также радиоактивные изотопы с длительным периодом полураспада.

Процесс переработки отработанного ядерного топлива связан с его разделением на компоненты, которые могут быть повторно использованы, и остаточные вещества, которые представляют собой долгоживущие радионуклиды. Именно эти остаточные вещества — высокоактивные отходы (высокоактивные ядерные отходы) — представляют наибольшую угрозу для окружающей среды и здоровья человека. Их захоронение требует специальных хранилищ и долгосрочных решений, так как радиационная активность может сохраняться на протяжении тысяч и даже миллионов лет.