Я́дерное то́пливо, материал, используемый для работы ядерного реактора. Содержит радионуклиды ²³⁵U, ²³⁹Pu, ²³²Th и др., способные поддерживать самопроизвольную цепную ядерную реакцию деления. В ядерном топливе используют радионуклиды (как природные, например ²³⁵U, так и полученные в ядерных реакторах, например ²³⁹Pu) в виде металлов, в составе оксидов, карбидов, нитридов, их смесей и др. В растворных реакторах ядерным топливом служит водный раствор уранилсульфата или уранилнитрата.

Доля радионуклидов в ядерном топливе может составлять от 1,6 до 90 %. Ядерное топливо с содержанием ²³⁵U до 20 % называют низкообогащённым, выше 20 % – высокообогащённым.

Топливо после технологической обработки используется в виде таблеток, пластин, стержней, трубок, сфер и др. Для удобства использования в ядерных реакторах они собираются в тепловыделяющие элементы (твэлы). Оболочка твэлов состоит из материалов, пропускающих нейтроны: циркония, алюминия, магния и их сплавов, нержавеющей стали и т. п. Температура внутри таблетки ядерного топлива составляет около 1500 °С (на поверхности – около 470 °С), поэтому материал должен выдерживать без растрескивания такой перепад температуры. В процессе работы ядерного реактора в топливе накапливаются вторичные (осколочные) радионуклиды (в том числе газообразные), выход которых за пределы ядерного реактора недопустим по условиям безопасной эксплуатации. Поэтому готовые элементы ядерного топлива, полученные в результате смешения радионуклидов с другими веществами, представляют собой тугоплавкий материал, способный удерживать внутри себя осколочные радионуклиды. Твэлы собираются в более крупные жёсткие конструкции – тепловыделяющие сборки, которые устанавливаются в активную зону ядерного реактора.

Ядерное топливо, отработавшее в ядерном реакторе, помещают в специальные хранилища на время спада остаточного энерговыделения и радиоактивности. Через несколько лет выдержки эти материалы отправляют на переработку, заключающуюся в выделении оставшегося ядерного топлива, пригодного к повторному применению в новых твэлах.