Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, việc xử lý chất thải phóng xạ khác nhau tùy theo loại, nhưng nói chung chất thải phóng xạ phải được cất giữ ở đâu đó cho đến khi sự phân rã phóng xạ khiến nó trở nên an toàn. Chất thải phóng xạ mức độ thấp như dụng cụ an toàn bị ô nhiễm có thể đủ an toàn để đặt trong các bãi chôn lấp truyền thống, trong khi chất thải ở mức độ cao như nhiên liệu đã qua sử dụng thường cần được bảo quản đặc biệt trong hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn năm để ngăn ngừa ô nhiễm phóng xạ.
Ngoài việc lưu trữ, một số chất thải phóng xạ có thể được xử lý lại và tái sử dụng. Wikipedia giải thích rằng một số loại nhiên liệu đã qua sử dụng có thể được làm sạch, loại bỏ các sản phẩm phân hạch để có thể tái sử dụng trong các loại lò phản ứng mới. Khi tính đến quá trình tái chế, lượng nhiên liệu hạt nhân đã sử dụng cần lưu trữ lâu dài là tương đối nhỏ. Theo Viện Năng lượng Hạt nhân, nhiên liệu được sử dụng từ 50 năm sản xuất điện hạt nhân có thể phủ kín một sân bóng ở độ sâu 10 thước Anh.
Khoảng thời gian chất thải phóng xạ phải được lưu giữ khác nhau tùy thuộc vào từng đồng vị và hoạt chất có liên quan. Một số vật liệu có chu kỳ bán rã tương đối ngắn và phân hủy nhanh chóng, nhưng giải phóng một lượng lớn bức xạ trong quá trình này. Các vật liệu khác có chu kỳ bán rã dài hơn nhiều, và chúng có thể vẫn phóng xạ trong hàng triệu năm; nhưng chúng phát ra một lượng phóng xạ thấp đến mức về mặt kỹ thuật, chúng không nguy hiểm hơn bức xạ nền của Trái đất.
