反应堆高温中反应的核燃料的化学组成往往是不均匀的，燃料可能会含有铂族元素（如钯）的纳米颗粒。在使用过程中，核燃料可能还会接近其熔点或出现开裂和膨胀等现象。乏燃料可能发生破裂，但是是不溶于水的，所以水环境下的二氧化铀仍能保留其晶格中绝大多数的带有放射性的锕系元素和裂变产物。事故中的氧化物核燃料有两种可能的扩散方式：裂变产物能被转化为气体或以微小颗粒的形式分散分散。
聚变核燃料.聚变核燃料包括氘（H）、氚（H）及氦-3（He）等。尽管还有众多核素之间也能发生核聚变，但因为原子核所带电荷