核燃料（英语：nuclear fuel）是指可被核反应堆利用，通过核裂变或核聚变产生实用核能的材料。核燃料既能指燃料本身，也能代指由燃料材料、结构材料和中子减速剂及中子反射材料等组成的燃料棒。核燃料在所有实际燃料来源中具有最高的能量密度。
用来在原子反应堆中进行核裂变，同时产生原子能的放射性物质。主要有铀、钚、钍等。
置於核反應器內，能產生核分裂及鏈反應，並釋出能量的物料。如鈾、鈽、釷等。
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