Viena didžiausių problemų dirbant su branduolinėmis medžiagomis yra išsiaiškinti, ką daryti su šiomis medžiagomis, kai jos pasibaigs. Tokie dalykai, kaip panaudotas branduolinis kuras iš elektrinių ir karinių operacijų, gali būti labai pavojingi, tačiau jie neturi praktinės naudos, todėl vyriausybės ir aplinkosaugos agentūros yra verčiamos pasiūlyti saugius ir veiksmingus branduolinių atliekų šalinimo metodus. Nesugebėjimas tinkamai tvarkyti branduolinių atliekų gali sukelti rimtų problemų, tokių kaip aplinkos blogėjimas.
Kartais branduolinės atliekos gali būti šalinamos perdirbant atliekas, kad jas būtų galima panaudoti kažkam kitam. Perdirbant atsiras šiek tiek atliekų, tačiau sumažėja bendras atliekų kiekis ir galima sutaupyti daug, nes atsilaisvina tinkama medžiaga, kuri kitu atveju būtų išmetama. Kai kurios pramonės šakos naudoja perdirbimą, kad suskirstytų branduolines atliekas į skirtingus komponentus, kad būtų lengviau jas tvarkyti branduolinių atliekų šalinimo proceso metu.
Branduolinių atliekų negalima dėti ant šaligatvio su šiukšlėmis, nes jos skleidžia spinduliuotę. Vienas iš labiausiai paplitusių nuolatinio branduolinių atliekų šalinimo būdų yra užkasimas. Kai radioaktyviosios atliekos užkasamos, jos laikomos dideliuose statiniuose, kurie suprojektuoti taip, kad išliktų radioaktyvumas. Būgnai yra palaidoti giliai po žeme seismiškai stabilioje vietoje, kur branduolinės atliekos per šimtmečius skyla į mažiau lakius komponentus. Toks požiūris į branduolinių atliekų šalinimą yra šiek tiek problemiškas, nes būgnai gali sugesti ir sukelti taršą, arba būsimos civilizacijos gali atkasti vietą, nesuvokdamos, kad joje yra pavojingų medžiagų.
Kai kurie žmonės pasisakė už branduolinių atliekų šaudymą į kosmosą. Kosmosas jau turi daug foninės spinduliuotės, todėl vargu ar branduolinės atliekos sukels radiacijos problemų kosmose, tačiau mintis palikti panaudotų branduolinių medžiagų būgnus, dreifuojančius per visatą, kai kuriems žmonėms yra nemaloni. Taip pat buvo susirūpinta dėl daugybės išmestų objektų, plūduriuojančių erdvėje, saugumo, nes šie objektai tam tikru momentu gali tapti navigacijos pavojumi.
Branduolinių atliekų tvarkymas yra labai svarbi problema visame pasaulyje, ypač kai atominės elektrinės tampa populiaria energijos gamybos alternatyva. Branduolinė energija neišskiria išmetamųjų teršalų, todėl ji yra patraukli aplinkosaugos požiūriu, o daugelis šalių labai priklauso nuo branduolinės energijos. Dėl to kai kuriuose pasaulio regionuose pradėjo kauptis branduolinės atliekos, todėl kyla klausimų, kiek iš tikrųjų yra ekologiška atominė energija.