Jabarkan Tingkat super 2–3% dari Plutonium-239

Tingkat reaktor 18% atau lebih

Reaktor nuklir yang digunakan untuk memproduksi plutonium untuk senjata umumnya memiliki sarana untuk mengekspos 238U ke radiasi neutron dan untuk mengganti 238U yang disinari dengan 238U yang baru. Reaktor yang beroperasi dengan uranium yang tidak diperkaya atau cukup diperkaya mengandung banyak 238U. Namun, sebagian besar desain reaktor nuklir komersial mengharuskan seluruh reaktor dimatikan, seringkali selama berminggu-minggu, untuk mengubah unsur bahan bakar. Oleh karena itu mereka menghasilkan plutonium dalam campuran isotop yang tidak cocok untuk konstruksi senjata.  Reaktor semacam itu dapat memiliki mesin yang ditambahkan yang memungkinkan slug 238U ditempatkan di dekat inti dan sering diganti, atau dapat sering dimatikan, sehingga proliferasi menjadi perhatian; untuk alasan ini, Badan Tenaga Atom Internasional sering memeriksa reaktor berlisensi. Beberapa desain reaktor daya komersial, seperti reaktor bolshoy moshchnosti kanalniy (RBMK) dan reaktor air berat bertekanan (PHWR), memungkinkan pengisian bahan bakar tanpa penutupan, dan dapat menimbulkan risiko proliferasi. (Faktanya, RBMK dibangun oleh Uni Soviet selama Perang Dingin, jadi terlepas dari tujuan mereka yang tampaknya damai, kemungkinan produksi plutonium adalah kriteria desain.) Sebaliknya, uranium alam yang dimoderasi air-berat CANDU Kanada berbahan bakar uranium reaktor juga dapat diisi bahan bakar saat beroperasi, tetapi biasanya menggunakan sebagian besar 239Pu yang dihasilkannya di tempat;  dengan demikian, tidak hanya secara inheren kurang proliferatif daripada kebanyakan reaktor, tetapi bahkan dapat dioperasikan sebagai "insinerator aktinida". IFR (Reaktor cepat integral) Amerika juga dapat dioperasikan dalam "mode insinerasi", memiliki beberapa keuntungan dengan tidak mengakumulasi isotop plutonium-242 atau aktinida berumur panjang, yang tidak dapat dengan mudah dibakar kecuali dalam reaktor cepat. Juga, bahan bakar IFR memiliki proporsi isotop yang dapat terbakar yang tinggi, sedangkan di CANDU bahan inert diperlukan untuk mengencerkan bahan bakar; ini berarti IFR dapat membakar fraksi bahan bakar yang lebih tinggi sebelum memerlukan pemrosesan ulang. Kebanyakan plutonium diproduksi di reaktor penelitian atau reaktor produksi plutonium yang disebut reaktor pembiak karena mereka menghasilkan lebih banyak plutonium daripada yang mereka konsumsi bahan bakarnya; pada prinsipnya, reaktor semacam itu menggunakan uranium alam dengan sangat efisien. Dalam praktiknya, konstruksi dan pengoperasiannya cukup sulit sehingga umumnya hanya digunakan untuk memproduksi plutonium. Reaktor pembiak umumnya (tetapi tidak selalu) merupakan reaktor cepat, karena neutron cepat agak lebih efisien dalam produksi plutonium.

Plutonium-239 lebih sering digunakan dalam senjata nuklir daripada uranium-235, karena lebih mudah diperoleh dalam jumlah massa kritis. Baik plutonium-239 maupun uranium-235 diperoleh dari uranium alami, yang terutama terdiri dari uranium-238 tetapi mengandung jejak isotop uranium lain seperti uranium-235. Proses pengayaan uranium, yaitu meningkatkan rasio 235U ke 238U menjadi jenis senjata, umumnya merupakan proses yang lebih panjang dan mahal daripada produksi plutonium-239 dari 238U dan pemrosesan ulang berikutnya.