プルサーマル
プルトニウムは遅発中性子がウランより少なく、やや制御棒の効きが悪くなるので「ウランを想定して設計された炉で燃やす場合」は、最初は1/3装荷などで様子を見る必要がある。 高速増殖炉と比べて燃焼中に核燃料の高次化が進みやすく、特に中性子吸収断面積の大きいアメリシウム等が生成されやすくなる。核燃料の高次化が進むと核分裂反応が阻害され、臨界に達しなくなってしまい、核燃料として使用できなくなる。 上記と関連し、事故が発生した場合には従来の軽水炉よりプルトニウム・アメリシウム・キュリウムなどの超ウラン元素の放出量が多くなる。 原子炉の運転や停止を行う制御棒やホウ酸の効きが低下する。 一部の燃料棒のみにMOX燃料を入れると、発熱量にムラが生じる。温度の不均衡が進行すると、高温部の燃料棒が破損しやすくなる。これは全燃料棒にMOX燃料を入れれば回避可能。 PWRの水蒸気管破断のように冷却水温度が低下する事故や、BWRの給水制御弁の故障のように炉内圧力が上昇する事故が発生した場合において、出力上昇速度がより速く、出力がより高くなるため、燃料体の設計および原子炉内での配置に工夫が必要。)。
もしワンス・スルーにするならば使用済核燃料は数万年管理が必要だが、使用済核燃料から再処理・群分離によりプルトニウムを含む超長半減期核種を分別抽出し、プルトニウムをプルサーマルで焼却してしまえば半減期30年の核分裂生成物に変換でき、長期保管物質を大幅に削減できる。
原則として、従来の軽水炉のままで運用が可能である。マイナーアクチノイドは高速炉、加速器駆動未臨界炉、核融合炉等でないと焚けないが、少なくともプルトニウムはこれらの新型炉が実用化する前にある程度焼却可能になる。これにより余剰のプルトニウムを持たないという国際公約を守ることができる。
プルサーマルにより、資源の有効利用が図れる。軽水炉ではウランが潜在的に持つエネルギーの0.5%程度しか使えない。プルサーマル利用の場合0.75%程度となる。
再処理は使用済み核燃料からウランを回収する事を意味し、ワンススルー方式に比べ高レベル放射性廃棄物の量が大幅に減る。リサイクルされる低濃縮ウランとプルトニウムと貴金属の分だけ高レベル廃棄物が減少する。ガラス固化体の取り扱いは大変(20年間常時監視、その後深地層処分が必要)だが、使用済み核燃料を丸ごと廃棄する場合に比べると、処分場の規模を1/2から1/3程に抑えることができる。
廃棄物を群分離して分別した白金族元素等の貴金属を触媒用としてリサイクルする研究も進んでいる。