Les réacteurs conventionnels produisent en quantités relativement importantes du plutonium-239 fissile qui peut être introduit dans le combustible neuf. Cette régénération de matière fissile augmente le potentiel de production d’énergie des réacteurs.

Ainsi, le retraitement des déchets nucléaires permet depuis quelques années d’enrichir le combustible avec du plutonium, et de le recycler. Cette possibilité est utilisée depuis quelques années avec un combustible hybride, le MOX.

Le combustible est introduit dans le cœur du réacteur sous forme de pastilles d’oxyde d’uranium (UO2) empilées dans des gaines en alliage de zirconium et arrangées en crayons. On utilise l’uranium sous forme d’oxyde plutôt que de métal en raison d’une meilleure tenue à la température.

Au fur et à mesure qu’il produit de l’énergie, le combustible s’appauvrit en éléments fissiles. Il faut modifier la marche du réacteur pour en tenir compte. Au bout de trois à 4 ans, le combustible est devenu trop pauvre en matière fissile. On remplace le combustible usé par du combustible neuf par tiers ou par quart tous les ans.

Dans les réacteurs d’aujourd’hui, les matières fissiles sont introduites au sein de combustibles solides, comme les pastilles d’oxyde d’uranium des réacteurs REP. L’option d’introduire ces matières fissiles au sein d’un milieu liquide, comme des sels fondus, est possible. L’alternative a été expérimentée au laboratoire d’Oak Ridge avec des résultats probants dans les années 1960 aux USA. Elle est envisagée dans le cadre des recherches sur les réacteurs de quatrième génération. Le recours aux combustibles liquides offrirait en principe des avantages. Par exemple il ne serait pas nécessaire d’arrêter les réacteurs pour les recharger, la production de déchets à longue durée comme les actinides mineurs serait réduite, un retraitement en ligne débarrasserait le cœur du réacteur d’une grande partie de sa radioactivité diminuant les conséquences d’un accident.