ته‌مانده فعالیت‌های هسته‌ای را که مواد زایدى هستند که عناصر شیمیایى رادیواکتیو دارند و کاربرد مفیدى ندارند، زباله هسته‌اى می‌گویند.
با گذشت زمان، رادیواکتیویته زباله‌هاى هسته‌اى کم مى‌شود و در نهایت، تمام زباله‌ها به عناصر غیررادیواکتیو تبدیل مى‌شوند.
بعد از حدود ۴۰سال، ۹/۹۹ تابش ناشى از سوخت هسته‌اى مصرف‌شده، از بین مى‌رود. هرچه یک رادیوایزوتوپ سریع‌تر متلاشى شود، اشعه رادیواکتیویته آن شدیدتر است.

فاکتور دیگرى که تعیین مى‌کند یک ماده رادیواکتیو خالص چه‌قدر خطرناک است، انرژى تابش است. بعضى از تلاشى‌ها بیش‌تر از بقیه انرژى آزاد مى‌کنند.
این موضوع وقتى پیچیده‌تر مى‌شود که بدانیم رادیوایزوتوپ‌هاى کمى به سرعت در اثر تلاشى به وضعیت پایدار مى‌رسند و اغلب به محصول رادیواکتیو دیگرى تبدیل مى‌شوند!
هدف اصلى دفع زباله رادیواکتیو، حفاظت محیط‌زیست است. فناورى اصلی براى دفن زباله‌هاى خطرناک‌تر، دفن مطمئن در اعماق خاک است.

انواع زباله هسته‌ای
زباله سطح پایین: در بیمارستان‌ها و صنعت و نیز در رآکتور تولید مى‌شود و شامل کاغذ، پارچه، ابزارآلات، پوشاک، فیلتر و غیره است که به مقادیر کمى از رادیواکتیویته آلوده است و اغلب طول عمر کوتاه دارد.
در حین کار کردن یا انتقال این مواد، نیازى به محافظت نیست و دفن کم‌عمق در زمین براى آن‌ها مناسب است. برای کاهش حجم، اغلب این مواد قبل از انهدام فشرده یا سوزانده مى‌شوند.
زباله سطح متوسط: مقدار بیش‌ترى رادیواکتیویته دارد و احتیاج به محافظت دارد و معمولا شامل رزین‌ها، فضولات شیمیایى و نیز اجزاى آلوده رآکتورهاست.
ممکن است این مواد را براى دور ریختن با بتون یا قیر به صورت جامد درآورند. معمولا زباله‌هاى با طول عمر کوتاه (ناشى از رآکتورها هستند) در انبارهاى کم عمق اما آن‌هایى که طول عمر بیش‌ترى دارند (ناشى از عمل‌آورى مجدد سوخت) در اعماق زمین دفن مى‌شوند.
زباله سطح بالا: از مصرف سوخت اورانیوم در یک رآکتور هسته‌اى و عملیات تولید سلاح‌هاىهسته‌اى به‌دست می‌آیند. این مواد به شدت رادیواکتیو و داغ‌اند. HLW بیش از ۹۵‌درصد تمام رادیواکتیویته حاصل از فرایند تولید برق هسته‌اى را دربر‌مى‌گیرد.

دور ریختن زباله‌هاى سطح بالا
زباله رادیواکتیو سطح بالا به‌طور موقت در استخرهاى سوخت مصرف‌شده و در تسهیلات ذخیره شبکه خشک (dry cask storge) نگهدارى مى‌شود.
در ۱۹۹۷ در ۲۰کشور که عمده انرژى اتمى جهان در آن‌ها تولید مى‌شود، ظرفیت ذخیره سوخت مصرف‌شده در رآکتورها، ۱۴۸هزار تن بود که ۵۹درصد آن مورد استفاده قرار گرفت.
ظرفیت ذخیره جدا از رآکتورها، ۷۸هزار تن بود که ۴۴هزار تن آن به مصرف رسید. افزایش سالانه در حدود ۱۲‌هزار تن است در نتیجه دفع نهایى فورى و اضطرارى نیست.
فرانسه در زمینه آماده‌سازى براى دفع HLW پیشتاز است. در ۱۹۸۹ و ۱۹۹۲ کارخانه‌هاى تجارى را مکلف کرد تا HLW باقى‌مانده از عمل‌آورى مجدد سوخت اکسید را تبدیل به شیشه کنند.
اگرچه در سایر نقاط به خصوص در بریتانیا و بلژیک تسهیلات کافى وجود دارد. ظرفیت این کارخانه‌هاى اروپاى غربى ۲۵۰۰‌کانیستر (t1000) در سال است و بعضى از آن‌ها ۱۸سال است که مشغول به‌کارند. صخره سنتزى (Synroc) استرالیایى‌ها، روش پیچیده‌ترى براى دفع این‌گونه زباله‌هاست.
این فرایند ممکن است در نهایت براى زباله‌هاى شهرى استفاده تجارى پیدا کند. (در حال حاضر براى زباله‌هاى نظامى آمریکا به‌کار مى‌رود.) انتخاب مخازن عمیق نهایى و مناسب در چندین کشور بررسى می‌شود و انتظار مى‌رود اولین آن کمى بعد از ۲۰۱۰ راه‌اندازى شود.
سوئد از نظر برنامه‌هاى دفع مستقیم سوخت مصرف‌شده بسیار پیش‌رفته است، چرا که پارلمان آن کشور متقاعد شد استفاده از تکنولوژى KBS-3 در حد قابل‌قبولى، مطمئن است. در آلمان بحث سیاسى در مورد یافتن یک مخزن نهایى براى زباله رادیواکتیو وجود دارد.
ایالات‌متحده یک مخزن نهایى در کوه Yucca در «نوادا» را برگزیده است. پیشنهادى نیز براى یک مخزن HLW بین‌المللى در مناسب‌ترین مکان‌ها از نظر زمین شناختى _ که استرالیا و روسیه مکان‌هاى محتمل هستند _ شده‌است.
با این وجود وقتى پیشنهاد مخزن جهانى در استرالیا مطرح شد، اعتراضات سیاسى داخلى گسترده و مستمرى به‌وجود آمد که انجام چنین کارهایى را بعید مى‌کند. رآکتورهایى پیشنهاد شده‌اند که زباله هسته‌اى را مصرف و آن را به زباله هسته‌اى کم ضررتر تبدیل مى‌کنند.
بالاخص رآکتورهاى Integral Fast یک رآکتور هسته‌اى مطرح شده بود با چرخه سوخت هسته‌اى که هیچ زباله فرااورانیومى تولید نمى‌کرد و در واقع مى‌توانست زباله فرااورانیومى را مصرف کند. این طرح تا مرحله آزمایش وسیع و گسترده پیش رفت، اما بعد توسط دولت ایالات متحده لغو شد.