Eines der größten Probleme bei der Arbeit mit nuklearen Materialien besteht darin, herauszufinden, was mit diesen Materialien zu tun ist, wenn sie ihre Nützlichkeit überlebt haben. Dinge wie abgebrannte Kernbrennstoffe aus Kraftwerken und Militäroperationen können sehr gefährlich sein, haben jedoch keinen praktischen Nutzen und zwingen Regierungen und Umweltbehörden dazu, sichere und effektive Entsorgungsmethoden für nuklearen Abfall zu entwickeln. Ein unsachgemäßer Umgang mit Atommüll kann zu ernsthaften Problemen wie Umweltschäden führen.
Manchmal kann die Entsorgung nuklearer Abfälle durch die Wiederaufbereitung des Abfalls erreicht werden, damit er für etwas anderes verwendet werden kann. Bei der Wiederaufbereitung wird zwar etwas Abfall erzeugt, aber die Gesamtmenge an Abfall reduziert, und es können erhebliche Einsparungen erzielt werden, indem verwertbares Material freigesetzt wird, das andernfalls entsorgt würde. Einige Industrien verwenden die Wiederaufbereitung, um Atommüll in verschiedene Komponenten zu zerlegen, um die Handhabung während des Entsorgungsprozesses von Atommüll zu erleichtern.
Atommüll darf nicht mit dem Müll auf den Bordstein gelegt werden, weil er Strahlung erzeugt. Eine der gebräuchlichsten Techniken für die endgültige Endlagerung nuklearer Abfälle ist die Bestattung. Wenn radioaktiver Abfall vergraben wird, wird er in großen Fässern gelagert, die die Radioaktivität überdauern sollen. Die Fässer sind tief unter der Erde in einem seismisch stabilen Bereich vergraben, wo der Atommüll im Laufe der Jahrhunderte in weniger flüchtige Bestandteile zerfällt. Dieser Ansatz zur Entsorgung nuklearer Abfälle ist etwas problematisch, da die Fässer versagen und Verschmutzung verursachen könnten oder zukünftige Zivilisationen die Stätte ausgraben könnten, ohne zu wissen, dass sie gefährliche Materialien enthält.
Einige Leute haben sich dafür ausgesprochen, Atommüll in den Weltraum zu schießen. Der Weltraum hat bereits eine große Hintergrundstrahlung, daher ist es unwahrscheinlich, dass Atommüll ein Strahlungsproblem im Weltraum verursacht, aber der Gedanke, Fässer mit verbrauchtem Kernmaterial durch das Universum treiben zu lassen, ist für manche Menschen unangenehm. Es wurden auch Bedenken hinsichtlich der Sicherheit zahlreicher weggeworfener Objekte im Weltraum geäußert, da diese Objekte irgendwann zu einem Navigationsrisiko werden könnten.
Die Entsorgung nuklearer Abfälle ist weltweit ein kritisches Thema, insbesondere angesichts des Aufstiegs von Kernkraftwerken als beliebte Alternative zur Energieerzeugung. Atomkraft erzeugt keine Emissionen, was sie aus ökologischer Sicht attraktiv macht, und viele Nationen verlassen sich stark auf Atomkraft als Energiequelle. Infolgedessen sammelt sich in einigen Regionen der Welt Atommüll an, was die Frage aufwirft, wie umweltfreundlich Atomkraft wirklich ist.