核燃料是能在核反應堆中通過核裂變或核聚變產生實用核能的材料。
核燃料主要包括鈾233、鈾235、鈾238和鈈239等能發生核裂變的材料，這些被稱為裂變核燃料。另外，氘和氚等輕核素材也可作為核燃料，它們通過核聚變反應產生能量，因此被稱為聚變核燃料。核燃料在使用前通常需要經過一系列的提純、同位素分離（富集）、加工等過程。例如，自然界的鈾礦石中鈾235的含量較低，因此需要進行提取、濃縮和化學轉化等冶煉過程，才能形成適用於反應堆的核燃料。
此外，核燃料還可以是氣態的，指的是某些在常溫下呈氣體狀態的核燃料。核燃料組件通常由燒結二氧化鈾芯塊裝入鋯合金管中，然後將多根這樣的鋯合金管組裝在一起形成燃料組件。