Bahan bakar nuklir bekas adalah bahan radioaktif yang telah digunakan sebagai bahan bakar di pembangkit listrik tenaga nuklir. Setelah bahan ini telah digunakan untuk waktu yang lama, ia kehilangan efisiensinya sebagai bahan bakar dan harus diganti. Sayangnya, pada titik ini adalah limbah radioaktif, yang dapat mematikan bagi manusia dan makhluk lain selama ribuan tahun. Metode untuk membuang bahan bakar nuklir bekas sering menjadi kontroversi. Beberapa ilmuwan telah mengusulkan pengolahan ulang limbah menjadi bahan bakar yang berguna sebagai alternatif metode pembuangan lainnya.
Pembangkit listrik tenaga nuklir menghasilkan listrik melalui reaksi nuklir terkendali. Ini melibatkan pemrosesan bahan radioaktif tinggi seperti uranium dan plutonium. Jumlah waktu bahan bakar ini tetap berguna bervariasi, tergantung pada usia reaktor dan tingkat teknologinya. Pada 2011, sebagian besar fasilitas tenaga nuklir modern dapat menggunakan bahan bakar selama tiga hingga enam tahun sebelum bahan tersebut memburuk ke titik yang tidak lagi berguna. Setelah titik ini, bahan tersebut dianggap sebagai bahan bakar nuklir bekas.
Menurut Departemen Energi Amerika Serikat, pembangkit nuklir AS menghasilkan sekitar 2,000 metrik ton bahan bakar nuklir bekas per tahun. Masalahnya kemudian menjadi bagaimana membuangnya. Sebagian besar fasilitas nuklir menempatkan bahan bakar di tangki terisolasi terdekat yang disebut kolam bahan bakar bekas. Air yang diolah secara khusus dalam tangki ini mendinginkan material dan menyerap sebagian besar radiasi yang dipancarkan dari bahan bakar. Bahan sering disimpan selama 10 sampai 20 tahun di kolam ini.
Namun, setelah digunakan selama beberapa dekade, banyak dari tangki ini hampir penuh dengan bahan bakar nuklir bekas. Komisi Pengaturan Nuklir AS memperkirakan bahwa banyak dari mereka tidak akan dapat digunakan setelah tahun 2015. Undang-undang AS mengharuskan pemerintah untuk menemukan penyimpanan permanen untuk limbah nuklir berbahaya, tetapi masalah lingkungan telah mencegah situs penyimpanan semacam itu dibangun. Sementara itu, bahan bakar bekas ditempatkan di tong beton, tetapi metode ini juga kontroversial karena alasan lingkungan dan keamanan. Negara-negara lain dengan reaktor nuklir menghadapi masalah serupa.
Salah satu solusi yang sudah digunakan oleh negara-negara seperti Prancis dan Rusia adalah dengan mengolah kembali bahan bakar nuklir bekas. Karena bahan bakar bekas tetap radioaktif, bahan bakar tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan energi lebih lanjut setelah diproses ulang; lebih sedikit limbah radioaktif yang dihasilkan dari bahan bakar yang digunakan kembali, meskipun prosesnya sendiri mahal. Isu-isu ini mendapatkan relevansi baru setelah gempa bumi Jepang 2011 dan krisis nuklir menyebabkan banyak orang mengkaji ulang kebijakan tenaga nuklir. Ada juga kekhawatiran bahwa beberapa negara dapat menggunakan bahan bakar nuklir bekas untuk membuat senjata nuklir. Tenaga nuklir dan limbah radioaktif selalu menjadi isu kontroversial, dan perdebatan tampaknya akan berlanjut di masa depan.