乏燃料从核反应堆中卸出后，先放入特殊设计的乏燃料池进行冷却，通过循环冷却水将乏燃料的衰变余热导出。冷却到一定程度后，通过特殊器皿和运输工具输送到专门的核燃料后处理厂冷却和贮存，再做最终的处理处置。
对于乏燃料的最终处理处置的策略目前国际上采取两大技术路线：
一是“一次通过”模式，即让乏燃料先经过数十年的贮存，放到永久处置场，不再循环利用。或者先贮存起来，等将来后处理技术成熟或者核燃料不足时再拿出来使用，也称之为“等着瞧”模式。这主要基于以下原因：（1）核电快速发展带来的乏燃料急剧增多，而核燃料增殖堆技术进展缓慢；（2）从经济性上面考虑，天然铀的价格较低，再循环利用成本目前过高；（3）国际上推行的核不扩散政策的需要，防止一些国家利用核燃料后端循环的技术制作高浓缩铀或者钚，发展核武器。
二是“后处理”模式，就是用特殊处理技术将有价值的成分提取出来，经过加工制造后再制作成核燃料元件，重新放到核反应堆中“燃烧”和发电。
