鈾在天然含鈾礦中主要有三種同位素，其中主要是鈾-238，占99.27%(原子百分比，下同)。但真正易于發生核裂變的是鈾-235，在自然界中，鈾-235在天然鈾中的總含量僅占0.7%。還有鈾-234，含量更少只占0.0057%。
入射的中子轟擊天然鈾中的鈾-235后產生的中子被周圍的物質吸收或泄漏后，系統中被U-238吸收的可能性極小，且不會釋放出新的中子。因為U-235含量少，而U-235裂變中子又擊中U-235產生裂變的概率就非常小，因此不能引起新一代裂變，鏈式反應就無法維持。因此，天然鈾直接用來做核燃料鈾-235濃度太低，所以人們要將天然鈾中的鈾-235進行濃縮，以達到核能利用的標準。
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輕水堆核電站所需要的鈾-235豐度大約在3%~5%，核武器所需要的鈾-235豐度要達到90%以上。豐度這個概念是指某一同位素在這個元素的比例。鈾-235的豐度為3%就是指每100個鈾原子核中有3個原子核是鈾-235。按照鈾濃度的不同，國際原子能機構將鈾分為微濃縮（0.9%~2%）、低濃縮鈾（2%~20%）和高濃縮鈾（20%以上）。在高濃縮鈾中，鈾-235豐度超過85%的被稱為武器級濃縮鈾，可以直接用于制造核武器。
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重水堆是可以直接用天然鈾作為燃料的。重水像輕水一樣能將快中子慢化成能以高概率與鈾-235發生裂變的熱中子，并且慢化效果更好，同時對中子的吸收比輕水少很多，所以中子的“經濟性”更好，有比輕水堆更多的中子與鈾-235發生裂變，從而可以使用低濃度鈾-235的天然鈾作為燃料。
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