Топливо реактора должно соответствовать целостной конструкции реактора, а также механизмам, управляющим его работой. Ниже приведены краткие описания материалов и конфигураций топлива, используемых в наиболее важных типах ядерных реакторов, которые более подробно описаны в разделе «Типы реакторов».
В легководном реакторе (ЛВР), наиболее широко используемом в мире для коммерческого производства электроэнергии, используется топливо, состоящее из таблеток спеченного диоксида урана, помещенных в трубки с оболочкой из циркониевого сплава или другого современного материала оболочки. Трубки, называемые штырями или стержнями, имеют диаметр около 1 см (менее половины дюйма) и длину примерно 3-4 метра (10-13 футов). Трубки объединяются в топливную сборку, в которой штыри расположены в виде квадратной решетки. Уран, используемый в топливе, обогащен на 3-5 процентов. Поскольку легкая (обычная) вода, используемая в ЛВР в качестве теплоносителя и замедлителя, поглощает больше нейтронов, чем другие замедлители, такое обогащение имеет решающее значение.
В реакторе CANDU (Canada Deuterium Uranium), который является основным типом тяжеловодного реактора, используется природный уран, спрессованный в гранулы. Эти гранулы вставляются в длинные трубки и располагаются в виде решетки. Топливная сборка реактора CANDU имеет длину около 1 метра (почти 40 дюймов). Несколько сборок расположены друг за другом в канале внутри активной зоны реактора. Использование тяжелой, а не легкой воды в качестве замедлителя усиливает рассеяние нейтронов, а не их захват, тем самым увеличивая вероятность деления топливного материала.
В одном из вариантов высокотемпературного графитового реактора топливо состоит из небольших сферических частиц, или микросфер, содержащих диоксид урана в центре и концентрические оболочки из углерода, карбида кремния и углерода вокруг них. Эти оболочки служат локальной оболочкой для каждой топливной сферы. Затем частицы смешиваются с графитом и заключаются в макроскопическую графитовую оболочку.
В быстрых реакторах с натриевым охлаждением, обычно называемых жидкометаллическими реакторами (ЖМР), топливо состоит из таблеток диоксида урана или диоксида урана-плутония (французская конструкция) или штырей из сплава уран-плутоний-цирконий (американская конструкция) в стальной оболочке.
Наиболее распространенный тип топлива, используемый в исследовательских реакторах, представляет собой пластины из уран-алюминиевого сплава с алюминиевой оболочкой. Уран обогащается до чуть менее 20 процентов, а кремний и алюминий входят в состав «мяса» пластины, служащего разбавителем и топливной матрицей. Хотя алюминий имеет более низкую температуру плавления, чем другие материалы оболочки, конструкция плоских пластин позволяет поддерживать низкую температуру топлива, поскольку толщина пластин часто не превышает 1,25 мм. Распространенная разновидность исследовательских реакторов, известная как TRIGA (от training, research, and isotope-production reactors-General Atomic), использует топливо из смешанного гидрида урана и циркония, часто легированного небольшими концентрациями эрбия, а вся оболочка выполнена из нержавеющей стали.