Istrošeno nuklearno gorivo je radioaktivni materijal koji se koristio kao gorivo u nuklearnim elektranama. Nakon što se ovaj materijal koristi duže vrijeme, gubi svoju učinkovitost kao gorivo i mora se zamijeniti. Nažalost, u ovom trenutku radi se o radioaktivnom otpadu, koji može biti smrtonosan za ljude i druga stvorenja tisućama godina. Metode zbrinjavanja istrošenog nuklearnog goriva često su bile kontroverzne. Neki znanstvenici su predložili ponovnu preradu otpada u korisno gorivo kao alternativu drugim metodama zbrinjavanja.
Nuklearne elektrane stvaraju električnu energiju kontroliranim nuklearnim reakcijama. To uključuje obradu visoko radioaktivnih materijala kao što su uran i plutonij. Vrijeme koje ovo gorivo ostaje korisno varira, ovisno o starosti reaktora i njegovoj razini tehnologije. Od 2011. većina modernih nuklearnih postrojenja može koristiti gorivo tri do šest godina prije nego što se materijal pokvari do te mjere da više nije koristan. Nakon ove točke, materijal se smatra istrošenim nuklearnim gorivom.
Prema Ministarstvu energetike Sjedinjenih Država, američke nuklearne elektrane proizvode oko 2,000 metričkih tona istrošenog nuklearnog goriva godišnje. Problem tada postaje kako to riješiti. Većina nuklearnih postrojenja stavlja gorivo u obližnje izolirane spremnike koji se nazivaju bazeni istrošenog goriva. Posebno obrađena voda u tim spremnicima hladi materijal i apsorbira većinu zračenja emitiranog iz goriva. Materijal se u tim bazenima često skladišti 10 do 20 godina.
Međutim, nakon desetljeća korištenja, mnogi od tih spremnika su gotovo puni istrošenog nuklearnog goriva. Komisija za nuklearnu regulaciju SAD-a procjenjuje da će mnogi od njih biti neupotrebljivi nakon 2015. Američki zakon zahtijeva od vlade da pronađe trajno skladište za opasni nuklearni otpad, ali zabrinutost za okoliš spriječila je izgradnju takvog skladišta. U međuvremenu se istrošeno gorivo stavlja u betonske bačve, ali je i ova metoda kontroverzna iz ekoloških i sigurnosnih razloga. Druge zemlje s nuklearnim reaktorima suočavaju se sa sličnim problemima.
Jedno rješenje koje već koriste zemlje poput Francuske i Rusije je ponovna obrada istrošenog nuklearnog goriva. Kako istrošeno gorivo ostaje radioaktivno, može se koristiti za daljnju proizvodnju energije nakon ponovne obrade; manje radioaktivnog otpada nastaje iz ponovno korištenog goriva, iako je sam proces skup. Ova su pitanja dobila novu važnost nakon što su potres u Japanu 2011. i nuklearna kriza naveli mnoge da preispitaju politiku nuklearne energije. Također postoji zabrinutost da bi neke zemlje mogle koristiti istrošeno nuklearno gorivo za stvaranje nuklearnog oružja. Nuklearna energija i radioaktivni otpad oduvijek su bili kontroverzna pitanja, a čini se da će se rasprava nastaviti i u budućnosti.