חומר שאפשר לנצלו להפקת אנרגיה גרעינית, בביקוע גרעיני או בהיתוך גרעיני. הכורים כיום הם כורי ביקוע והדלק שמשתמשים בו הוא דלק אורניום מועשר ברמה של 3%-4%.
הדלק הגרעיני מגיע בצורה של מוטות עשויים מתכת. בתוך המוטות יש "גלולות" של תאי דלק קרמיים, שעשויים מתחמוצת אורניום בהעשרה נמוכה ביחד עם חומרים שונים. המוטות מוכנסים לליבת הכור שבתוכה זורמים מים. החומר ה"כבד" שבדלק (היסודות הבקיעים) מתבקע ומתחיל תהליך של פליטת נייטרונים וחום. הנייטרונים ממשיכים את תגובת השרשרת והחום מועבר ממעטפת המתכת של המוטות למים שבליבה. המים מייצרים קיטור או עוברים דרך מחליף חום (מתקן שייעודו העברת חום). הקיטור מניע את הטורבינה שמשמשת להנעה או לייצור חשמל.
כתוצאה מהביקוע הגרעיני, נוצרים בתוך הדלק מוצרים לא יציבים ובעלי קרינה גבוהה. לכן, לאחר השימוש, מועברים המוטות לכמה שנים לבריכות קירור ואחר-כך למפעלי עיבוד ואחסון מיוחדים. כיום משתמשים רק בחלק קטן מהפוטנציאל הביקוע של הדלק הגרעיני ובעתיד יהיה ניתן למחזר את הדלק ולהשתמש בו שוב לתדלוק כורים. במתחם הגרעיני באראכ, אירן עושה ניסויים בהפיכת מוטות הדלק המשומשים לנשק גרעיני.
