Det er muligt at genbruge det plutonium, der dannes ved bestråling af uran-reaktorbrændsel. Dette plutonium kan udskilles ved oparbejdning af det brugte brændsel og derefter bruges til at lave såkaldt MOX eller Mixed Oxide brændsel.

MOX-brændsel indeholder mellem 7 og 9 % plutonium, og resten er forarmet uran, dvs. uran overvejende bestående af uran-238 med et meget lille indhold af uran-235. Det plutonium, der bruges til MOX-brændsel, består for størstedelens vedkommende af plutonium-239 og plutonium-240. Det betyder, at brændslet er yderst radioaktivt at producere og håndtere.

I Europa er der i øjeblikket tre brændselsfabrikker, der producerer MOX-brændsel, to i Frankrig og en i England i Sellafield-komplekset, hvor der også oparbejdes brugt brændsel. Hvor problematisk produktionen af MOX-brændsel er, viser det forholdsvis nye anlæg i England. Anlægget har været plaget af så mange fejl, at det måske bliver nødvendigt at lukke det helt.

Almindelige atomkraftværker kan tilpasses til at bruge MOX-brændsel i nindre mængder som en del af reaktorbrændslet. Skal MOX-brændslet udgøre mere 50 % af brændslet i reaktorkernen, skal atomkraftværket være bygget specielt til det. Over 30 atomkraftværker i Europa bruger i dag MOX-brændsel i mindre mængder sammen med normalt uran-brændsel.

Alligevel udgør MOX-brændsel kun ca. 2 % af den samlede mængde brændsel, der bruges i dag. Det betyder, at mængden af den plutonium, der produceres ved opabejdning af brugt brændsel, overstiger den mængde, der bruges til at producere MOX-brændsel. Det betyder også, at meget af det MOX-brændsel, der produceres, blliver lagt på lager i forventning om, at det kan bruges til den næste generation såkaldt hurtige atomkraftværker, som er specielt indrette til dette brændsel.