Bazen za istrošeno gorivo je prostor za skladištenje istrošenog nuklearnog goriva kako bi se ohladio prije nego što se premjesti u prikladnije dugotrajno skladište. Kako se gorivo potroši u reaktoru, može se prenijeti u bazen gdje ostaje potopljeno kako bi se stvorila zaštita od zračenja i dala mu se prilika da se ohladi. Bazen se može upravljati automatskim sustavom tako da radnici ne dolaze u izravan kontakt s komponentama osim za potrebe servisiranja. U drugim slučajevima, radnici moraju ručno manipulirati gorivim šipkama i drugim komponentama kako bi stavili gorivo u skladište.
Obično se bazeni istrošenog goriva nalaze u blizini reaktora radi praktičnosti. Sastoje se od ogromnih betonskih spremnika obloženih nehrđajućim čelikom i opremljenih policama za držanje pojedinačnih gorivih šipki. Može se dodati izolacijski bor kako bi se smanjio rizik od lančane reakcije. Dubina bazena diktira koliko štapova može držati; zakonski zahtjevi mogu propisati određenu količinu pokrivenosti, a objekti bi mogli učiniti bazen istrošenog goriva još dubljim za povećanu sigurnost.
Kako šipke sjede u bazenu s istrošenim gorivom, temperatura vode raste. Nuklearna postrojenja moraju stalno cirkulirati vodu kroz opremu za hlađenje i natrag u bazen kako bi održala niske temperature. Također ga prate za znakove reakcija koje bi mogle uzrokovati nakupljanje velikih razina vodika oko bazena istrošenog goriva. To zahtijeva stalni nadzor od strane kvalificiranih tehničara upoznatih s uobičajenim problemima oko bazena s istrošenim gorivom kako bi mogli brzo djelovati ako se problemi počnu razvijati.
Objekti mogu održavati početni bazen za trenutno hlađenje, nakon čega slijedi veći bazen za starije gorivo. Kako se počinje puniti, tehničari trebaju prenijeti stare gorivne šipke u skladište za suhe bačve. U ovoj tehnici štapovi se vade iz bazena i stavljaju u posebno dizajnirane posude koje sprječavaju curenje zračenja. Skladišteno gorivo može se transportirati u dugotrajno skladište, gdje se s vremenom polako razgrađuje.
Značajni sigurnosni problemi okružuju dizajn bazena za istrošeno gorivo. Ako bazen nije pravilno projektiran i održavan, postoji opasnost od nuklearne lančane reakcije koja bi mogla uzrokovati ozbiljnu štetu okolišu. Bazeni su također u opasnosti da postanu prepuni, što dovodi do situacije u kojoj elektrana nema mjesta za skladištenje istrošenih gorivih šipki. Inženjeri odgovorni za projektiranje i održavanje nuklearnih postrojenja moraju pružiti dokaze da planiraju unaprijed smjestiti gorivo i da mogu ispuniti regulatorne standarde za sigurnost nuklearnog goriva.