Uno de los mayores problemas relacionados con el trabajo con materiales nucleares es averiguar qué hacer con estos materiales cuando han dejado de ser útiles. Cosas como el combustible nuclear gastado de las centrales eléctricas y las operaciones militares pueden ser muy peligrosas, pero no tienen un uso práctico, lo que obliga a los gobiernos y a las agencias ambientales a idear métodos de eliminación de desechos nucleares que sean seguros y efectivos. Si no se manejan los desechos nucleares de manera adecuada, se pueden producir problemas graves, como la degradación ambiental.
A veces, la eliminación de desechos nucleares se puede lograr reprocesando los desechos para que puedan usarse para otra cosa. El reprocesamiento generará algo de desperdicio, pero reduce la cantidad total de desperdicio y puede generar ahorros sustanciales al liberar material utilizable que de otro modo se descartaría. Algunas industrias utilizan el reprocesamiento para descomponer los desechos nucleares en diferentes componentes para facilitar su manejo durante el proceso de eliminación de desechos nucleares.
Los desechos nucleares no pueden depositarse en la acera con la basura porque genera radiación. Una de las técnicas más comunes para la eliminación permanente de desechos nucleares es el entierro. Cuando se entierran los desechos radiactivos, se almacenan en grandes tambores diseñados para durar más que la radiactividad. Los tambores están enterrados bajo tierra en un área sísmicamente estable, donde los desechos nucleares se descomponen en componentes menos volátiles a lo largo de los siglos. Este enfoque para la eliminación de desechos nucleares es algo problemático, porque los tambores podrían fallar, causar contaminación, o las civilizaciones futuras podrían desenterrar el sitio, sin darse cuenta de que contiene materiales peligrosos.
Algunas personas han abogado por arrojar desechos nucleares al espacio. El espacio ya tiene una gran cantidad de radiación de fondo, por lo que es poco probable que los desechos nucleares causen un problema de radiación en el espacio, pero la idea de dejar tambores de materiales nucleares gastados a la deriva por el universo es desagradable para algunas personas. También se han planteado preocupaciones sobre la seguridad de tener numerosos objetos descartados flotando en el espacio, ya que estos objetos podrían convertirse en un peligro de navegación en algún momento.
La gestión de residuos nucleares es un problema crítico en todo el mundo, especialmente con el surgimiento de las centrales nucleares como una alternativa popular de generación de energía. La energía nuclear no genera emisiones, lo que la hace atractiva desde un punto de vista ambiental, y muchas naciones dependen en gran medida de la energía nuclear para obtener energía. Como resultado, los desechos nucleares han comenzado a acumularse en algunas regiones del mundo, lo que plantea dudas sobre cuán respetuosa con el medio ambiente es realmente la energía nuclear.