우라늄은 1789년 독일의 화학자인 마틴 클라프로트에 의해 피치블렌드(우라니나이트)라고 불리는 광물에서 발견되었다. 우라늄은 원자핵의 질량이 증가함에 따라 배열된 규모로 자연 발생 원소 중 가장 무거운 원소 중 하나이다.우라늄은 지구 표면에서 평균 2.8ppm의 농도로 자연적으로 발생하는 원소이다. 금, 은, 수은 등 보다 풍부하고 코발트, 몰리브덴보다는 적다. 매우 낮기는 하지만 전세계 해양에서도 부존하는 자원이라고 할 수 있다

1) 우라늄 농축

천연우라늄에는 우라늄 235의 함유 비율이 약 0.7%에 불과하다. 이 비율을 높여야 비로소 원자력 발전을 위한 연료로 사용할 수 있다. 천연 우라늄 원광석에서 먼저 불순물을 제거하여 우라늄산염(옐로우케이크)을 만든다. 이를 다시 농축하기 위해 육불화우라늄(UF6)라는 기체로 전환한 뒤 우라늄 농도를 4~20%(보통 3~5%가 되어야 사용 가능)까지 높인다. 전세계 우라늄 농축 시설은 13개 국가가 보유하고 있으며, 핵무기 보유국가에 시설의 90%가 몰려있다. 여기에 독일, 일본, 네덜란드가 주요 농축 시설 보유국이다. 관건은 농축 능력을 통제하는 것이다.

2) 사용후 핵연료와 재처리

사용후 핵연료는 말 그대로 연료로 사용된 핵연료 물질이다. 방사선 발생, 핵분열 반응을 통해 구성이 변경된 상태로 무엇보다 방사선과 높은 열을 발생시킨다. 사용전 연료가 우라늄으로 구성되어 있다면, 핵분열 반응 후에는 중성자를 흡수하여 플루토늄과 같이 반감기가 긴 방사능 물질(Transuranium element, 초우라늄 원소)이 발생하게 된다. 핵분열을 통해 생성된 원료를 핵분열 생성물(Fission Product)라고 부른다. 사용후 핵연료는 1,000MW 원전의 경우 연간 27.6톤 가량 발생한다.

연소되지 않고 남아있는 우라늄과 새롭게 생성된 플루토늄은 연료로 재사용할 수 있기 때문에 이를 재활용하는 방안이 논의된다. 여기에는 사용후 연료에 있는 물질을 분리하는 과정, 즉 재처리 과정(Nuclear Reprocessing)이 필요하다. 대표적인 재처리 방법은 PUREX로 불리는 습식 재처리법이다. 이 재처리 방식은 핵무기 제조에 사용되는 플루토늄-239가 대량생산되기 때문에 엄격히 제한된다. 우리나라의 경우에도 습식 재처리가 허용이 되지 않아 사용후 연료의 처리가 최대 문제이다.