El combustible gastado descargado de los reactores contiene cantidades apreciable de fisibles (U 235, Pu 239), del fértil (U 238), y de otros materiales radioactivos, incluidos venenos nucleares (el motivo por el cual el combustible ha tenido que retirarse).
Estos materiales fisibles o fértiles pueden ser separados químicamente y recuperarse del combustible gastado. El uranio y el plutonio recuperados pueden, si las condiciones institucionales y económicas lo permiten, ser reciclados para su uso como combustible nuclear.
Esta discrepancia requirió de explicación, ya que todas las instalaciones civiles de tratamiento de uranio deben dar cuenta meticulosamente por todos los isótopos fisibles para asegurarse que ninguno es utilizado para fines armamentísticos.
En realidad, uno de los problemas de diseños que deben superarse al construir una bomba es contraer los materiales fisibles y alcanzar la casi-criticidad antes de que la reacción en cadena tenga una oportunidad para forzar al núcleo a expandirse.
El número de neutrones que escapan de una cantidad de uranio depende de su área superficial. Solamente los materiales fisibles son capaces de sostener una reacción en cadena sin una fuente de neutrones externa.
Los átomos de U 238 se dice que son fértiles, ya que, mediante la irradiación por neutrones en el núcleo, pueden producir eventualmente átomos fisibles de Pu 239.
Los reactores de sales fundidas de fluoruro de un único fluido se caracterizan por radioisótopos fisibles, fértiles y actínidos en enlaces moleculares con el refrigerante de fluoruro.
Aunque Truman negó públicamente que estaba considerando el uso de armas nucleares, él autorizó la transferencia a Guam de todos sus componentes a excepción de los núcleos fisibles.
Los actínidos mezclados producidos por el procesado pirometálico pueden ser utilizados de nuevo como combustible nuclear, ya que ellos virtualmente son fisibles o fértiles, a pesar de que muchos de estos materiales pueden requerir un reactor de alimentación rápida para que quemen eficientemente.
Estudios posteriores han mostrado también que el factor decisivo en el desarrollo soviético inicial no fueron los problemas en el diseño armamentístico, sino, como en el Proyecto Manhattan, la dificultad para conseguir materiales fisibles, especialmente debido a que la Unión Soviética no disponía de yacimientos conocidos de uranio cuando comenzó su programa (a diferencia de los Estados Unidos).
Una medida del desempeño del reactor es la proporción de reproducción (la cifra promedio de átomos fisibles creados por evento de fisión).
Los expertos en seguridad nuclear de criticidad intentan minimizar la probabilidad de un accidente nuclear de criticidad analizando las operaciones normales y anormales de las manipulaciones de material fisible y proporcionan controles sobre la manipulación de los materiales fisibles.