Der (Kern-)Brennstoff hat die Aufgabe, durch Kernspaltung Wärme freizusetzen. Er liefert gleichzeitig die für die Kettenreaktion notwendigen Neutronen . Der Brennstoff muss deshalb spaltbare Nuklide, sogenannten Spaltstoff , enthalten. In den weitverbreiteten thermischen Reaktoren wird als Brennstoff meist leicht angereichertes Uranoxid (UO₂) verwendet. Seit einiger Zeit besitzt dieses Zusätze von drei bis sechs Prozent Plutonium . Dieser Brennstoff wird dann Mischoxidbrennstoff (MOX-Brennstäbe) genannt. Bei den meisten Druck- und Siedewasserreaktoren beträgt die Anreicherung etwa drei Prozent. Der Spaltstoff ist das in der Natur vorkommende ²³⁵U ( Uran ). Aus dem hauptsächlich vorhandenen ²³⁸U (Uran) wird im laufenden Reaktor der Spaltstoff ²³⁹Pu (Plutonium) erbrütet. ²³⁹Pu trägt ebenfalls zur Wärmefreisetzung bei und ist zudem ein ausgezeichneter Spaltstoff für schnelle Reaktoren .