Cykl paliwowy dzieli się na trzy części: przygotowanie paliwa, wypalenie go w reaktorze oraz utylizacja powstałych odpadów radioaktywnych.

Za początek cyklu paliwowego uznaje się rozpoczęcie poszukiwań paliwa i jego wydobycie, najczęściej w formie rud uranu. Są trzy sposoby jej wydobywania: odkrywkowy, głębinowy i otworowy – ale w zasadzie kopalnie uranu działają w sposób bardzo zbliżony do kopalń konwencjonalnych surowców.

Po wydobyciu ruda uranu poddawana jest obróbce, w wyniku której uzyskuje się tzw. yellowcake, czyli oczyszczone tlenki uranu, np. U3O8. Składa się on z nierozszczepialnego izotopu U-238 i z rozszczepialnego U-235.