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核燃料進入核反應堆前要經歷鈾礦開采、提取、精制、轉化、濃縮、燃料元（組）件制造等過程的加工。

由于鈾礦具有放射性，通過測量射線強度，可以計算鈾礦儲量和確定有無開采價值。鈾礦的開采分為常規采礦和化學采礦，總的原則是安全、合理、經濟、最大限度地將鈾資源從地下回采出來。

鈾的提取必須用化學試劑把礦石中鈾的有用組分轉化為可溶性化合物，即把鈾從固相轉為液相，再經固液分離把含鈾的浸出液與礦渣分離，然后用離子交換、萃取、沉淀等方法對含鈾濃度低、雜質含量高的浸出液進行鈾的濃縮、提取，制得不同形式的鈾化學濃縮物，亦即“黃餅”。由于八氧化三鈾是所有鈾氧化物中最穩定的，易于長期儲存，所以當今世界鈾交易市場都是以八氧化三鈾的形式進行交易的。因此有些國家還要把鈾化學濃縮物做進一步加工處理和煅燒（700℃），冷卻后制成八氧化三鈾。

雖然鈾化學濃縮物在天然鈾含量上得到濃縮和提高，但是其中仍然有較多雜質，因此必須將鈾化學濃縮物用硝酸溶解、過濾、萃取、反萃取、沉淀、結晶和煅燒，使鈾氧化物進一步提純。這個過程稱為“鈾精制”，最終嚴格控制產品中吸收中子能力較強的鎘、鉬、鈦、鎢、鉭、礬等元素含量不超過10-3～10-4％；控制產品中吸收中子能力較弱的鋰、硅、鐵、鋁、碳等元素含量不超過10-2～10-3％。

經過精制的鈾化合物還要通過“鈾轉化”過程轉化為天然氣態六氟化鈾。因為六氟化鈾是唯一一種既穩定又具有高度揮發性的鈾化合物，非常有利于下一步對鈾-235的濃縮，所以至今一直被用作富集工廠的供料。轉化過程一般是先將鈾氧化物轉化為四氟化鈾，再將四氟化鈾通過高溫氟化轉化為六氟化鈾。

“鈾濃縮”是我們在整個核燃料循環前端中最熟悉的一個環節。天然鈾中，鈾-235的富集度只有0.7%，鈾濃縮就是要利用鈾-235和鈾-238的原子核質量數的微小差別將它們分離，達到富集鈾-235的目的。通常采用氣體擴散法和氣體離心法，這樣我們就不難理解為什么需要“鈾轉化”來將固態的鈾氧化物轉化成氣態六氟化鈾了。

燃料元（組）件制造的過程首先以鈾濃縮廠生產的六氟化鈾為原料，通過化工轉化，制備二氧化鈾粉末，再將二氧化鈾粉末均勻、制粒、壓制、結燒、磨削、清洗、干燥，成為二氧化鈾陶瓷體。瓷芯塊為直徑1厘米，高度1厘米的圓柱體。幾百個芯塊疊在一起裝入直徑1厘米，長度約4米，厚度為1毫米左右的細長鋯合金材料套管內，這就是燃料棒。燃料棒再與上下管座、格架和控制棒導向管組裝成壓水堆核電廠燃料組件。

除了廣泛適用于輕水堆、重水堆和快堆的陶瓷型核燃料，還有石墨慢化堆使用的金屬型核燃料，高溫氣冷堆使用的彌散體核燃料，以及熔鹽堆使用的液體核燃料等類型。