Panaudoto branduolinio kuro baseinas yra panaudoto branduolinio kuro laikymo vieta, skirta jam atvėsti prieš perkeliant į tinkamesnę ilgalaikę saugyklą. Kai kuras išnaudojamas reaktoriuje, jis gali būti perkeltas į baseiną, kur jis lieka panardintas, kad būtų sukurta spinduliuotės apsauga ir suteikta galimybė atvėsti. Baseinas gali būti valdomas su automatine sistema, kad darbuotojai nesiliestų su komponentais, išskyrus techninės priežiūros poreikius. Kitais atvejais darbuotojai turi rankiniu būdu manipuliuoti kuro strypais ir kitais komponentais, kad kurą padėtų į saugyklą.
Paprastai dėl patogumo panaudoto kuro baseinai yra šalia reaktoriaus. Jie sudaryti iš milžiniškų betoninių rezervuarų, išklotų nerūdijančiu plienu, ir su stelažais atskiriems kuro strypams laikyti. Norint sumažinti grandininės reakcijos riziką, gali būti pridėta izoliuojančio boro. Baseino gylis lemia, kiek strypų jame telpa; teisiniai reikalavimai gali numatyti tam tikrą aprėptį, o įrenginiai gali padaryti panaudoto kuro baseiną dar gilesnį, kad būtų padidinta sauga.
Kai strypai sėdi panaudoto kuro baseine, vandens temperatūra pakyla. Branduoliniai įrenginiai turi nuolat cirkuliuoti vandenį per aušinimo įrangą ir atgal į baseiną, kad temperatūra būtų žema. Jie taip pat stebi, ar nėra reakcijų požymių, dėl kurių aplink panaudoto kuro baseiną gali susidaryti didelis vandenilio kiekis. Tam reikalinga nuolatinė kvalifikuotų technikų, išmanančių su panaudoto kuro baseinais susijusias problemas, nuolatinė priežiūra, kad jie galėtų greitai imtis veiksmų, jei kiltų problemų.
Įrenginiai gali turėti pradinį baseiną, skirtą nedelsiant vėsinti, o po to didesnį baseiną senesniam kurui. Kai jis pradeda pildytis, technikai senus kuro strypus turi perkelti į sausų konteinerių saugyklą. Taikant šią techniką, strypai išimami iš baseino ir dedami į specialiai tam skirtas talpyklas, kurios apsaugo nuo radiacijos nutekėjimo. Sukauptas kuras gali būti gabenamas į ilgalaikę saugyklą, kur laikui bėgant lėtai suyra.
Didelės saugos problemos, susijusios su panaudoto kuro baseino dizainu. Jei baseinas nėra tinkamai suprojektuotas ir prižiūrimas, kyla branduolinės grandininės reakcijos, galinčios sukelti rimtą žalą aplinkai, rizika. Taip pat gresia baseinai perpildyti, todėl susidaro situacija, kai elektrinėje nebelieka vietos panaudoto kuro strypams laikyti. Inžinieriai, atsakingi už branduolinių objektų projektavimą ir priežiūrą, turi pateikti įrodymų, kad jie iš anksto planuoja kuro talpą ir gali atitikti norminius branduolinio kuro saugos standartus.