在核反应堆中以可以控制的速率释放或在核武器中以非常迅速失控制速率释放。目前商业核反应堆的运行都需要依靠这种可以控制的持续的链式反应维持，但不仅限于铀元素这一种核燃料。并不是所有的核燃料都是通过核裂变产生能量的。钚-238和一些其他的元素也能在放射性同位素热电机及其他类型的核电池中以放射性衰变的形式用于少量地发电。此外，诸如氚（H）等轻核素可以用作聚变核燃料。由于目前尚未有投入运行的商业核聚变反应堆，故核燃料一般指的都是裂变核燃料。目前在各种燃料中，核燃料是具有最高能量密度的燃料。例如，1千克铀-23