Ett av de största problemen med att arbeta med kärnmaterial är att ta reda på vad man ska göra med dessa material när de har överlevt sin användbarhet. Saker som använt kärnbränsle från kraftverk och militära operationer kan vara mycket farliga, men de har ingen praktisk användning, vilket tvingar regeringar och miljömyndigheter att komma på metoder för bortskaffande av kärnavfall som är säkra och effektiva. Underlåtenhet att hantera kärnavfall på rätt sätt kan leda till allvarliga problem, såsom miljöförstöring.
Ibland kan kärnavfallsförvaring ske genom att upparbeta avfallet så att det kan användas till något annat. Upparbetning kommer att generera en del avfall, men det minskar den totala mängden avfall, och det kan generera betydande besparingar genom att frigöra användbart material som annars skulle slängas. Vissa industrier använder upparbetning för att bryta ner kärnavfallet i olika komponenter för att göra det lättare att hantera under kärnavfallshanteringsprocessen.
Kärnavfall kan inte läggas ut på trottoarkanten med sopor eftersom det genererar strålning. En av de vanligaste teknikerna för permanent slutförvaring av kärnavfall är nedgrävning. När radioaktivt avfall grävs ned lagras det i stora fat som är utformade för att hålla längre än radioaktiviteten. Trummorna är begravda djupt under jorden i ett seismiskt stabilt område, där kärnavfallet bryts ner till mindre flyktiga komponenter under loppet av århundraden. Detta tillvägagångssätt för bortskaffande av kärnavfall är något problematiskt, eftersom trummorna kan gå sönder, orsaka föroreningar, eller framtida civilisationer kan gräva upp platsen utan att inse att den innehåller farliga material.
Vissa människor har förespråkat att skjuta ut kärnavfall i rymden. Rymden har redan en hel del bakgrundsstrålning, så kärnavfall kommer sannolikt inte att orsaka ett strålningsproblem i rymden, men tanken på att lämna trummor med förbrukat kärnmaterial som driver över universum är obehagligt för vissa människor. Det har också väckts oro för säkerheten med att ha många kasserade föremål flytande i rymden, eftersom dessa föremål kan bli en navigeringsrisk vid något tillfälle.
Kärnavfallshantering är en kritisk fråga runt om i världen, särskilt med uppkomsten av kärnkraftverk som ett populärt alternativ för energiproduktion. Kärnkraft genererar inga utsläpp, vilket gör det tilltalande ur miljösynpunkt, och många nationer är mycket beroende av kärnkraft för energi. Som ett resultat av detta har kärnavfall börjat samlas i vissa regioner i världen, vilket väcker frågor om hur miljövänlig kärnkraft egentligen är.