料一般皆为合金而不是金属单质。金属核燃料一般用于石墨慢化堆和液态金属快中子增殖反应堆（如EBR-II）。铀-235是人类最早使用的核裂变材料之一。金属态的铀在堆内使用的主要缺点为：熔点以下有三种同素异构体，升温过程中尺寸不稳定；辐照稳定性差，会发生辐照肿胀；与包壳相容性差；化学稳定性也较差。此外，辐照还使金属铀的蠕变速度增加（50～ 100倍）。这些问题可以通过铀的合金化有所改善。常见的铀合金主要包括铀铝合金、铀锆合金、铀硅合金（USi）、铀铌合金、铀钼合金以及氢化铀锆等。钚-239可以在反应堆内被