บทความหลัก: การนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่

เทคโนโลยีการนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่ได้รับการพัฒนาที่จะแยกและกู้คืนพลูโตเนียมที่สามารถทำฟิชชั่นได้ทางเคมีจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ผ่านการฉายรังสี[76]. การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่มีวัตถุประสงค์หลายอย่างที่ความสำคัญที่เกี่ยวข้องกันมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป. การนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่แต่เดิมถูกใช้แต่เพียงอย่างเดียวในการสกัดพลูโตเนียมในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์. ด้วยการทำในเชิงพาณิชย์ของพลังงานนิวเคลียร์, พลูโตเนียมที่ถูกนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่จะถูกรีไซเคิลกลับไปเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ MOX สำหรับ'เครื่องปฏิกรณ์ร้อน'[77]. ยูเรเนียมที่ถูกนำกลับไปเข้ากระบวนการใหม่, ซึ่งรวมต้วเป็นกลุ่มของวัสดุเชื้อเพลิงใช้แล้ว, ในหลักการสามารถที่จะถูกนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงใหม่ได้เช่นกัน, แต่นั่นเป็นเพียงเพื่อการประหยัดเท่านั้นถ้ายูเรเนียมมีราคาสูงหรือการกำจัดมันมีราคาแพง. ในที่สุดเครื่องปฏิกรณ์แบบ breeder สามารถใช้เชื้อเพลิงไม่เพียงจากพลูโตเนียมและยูเรเนียมที่รีไซเคิลในเชื้อเพลิงใช้แล้วเท่านั้น, แต่ actinides ทั้งหมด, เป็นการปิดท้ายวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และอาจทวีคูณพลังงานที่สกัดจากยูเรเนียมธรรมชาติได้มากกว่า 60 เท่า[78].

การนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่จะช่วยลดปริมาณของเสียระดับสูง, แต่โดยตัวมันเอง มันไม่ได้ลดกัมมันตภาพรังสีหรือลดการกำเนิดความร้อนและดังนั้นจึงย้งมีความจำเป็นในการเก็บของเสียใต้ธรณี. การนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่ได้เป็นความขัดแย้งทางการเมืองมานานเพราะมันมีศักยภาพที่จะนำไปสู่การแพร่ขยายนิวเคลียร์เพื่อใช้เป็นอาวุธ, ศักยภาพที่จะเป็นอ่อนแอต่อการก่อการร้ายนิวเคลียร์, การท้าทายหลายอย่างทางการเมืองของการหาที่ตั้งสำหรับพื้นที่เก็บของเสีย (ปัญหาที่เกิดเท่าเทียมกับการกำจัดเชื้อเพลิงใช้แล้วโดยตรง) และเนื่องจากค่าใช้จ่ายที่สูงเมื่อเทียบกับการผ่านกระบวนการเชื้อเพลิงเพียงครั้งเดียว[79]. ในสหรัฐอเมริกา ฝ่ายบริหารของโอบามาก้าวถอยหลังจากแผนการของประธานาธิบดีบุชในเรื่องขนาดเชิงพาณิชย์ของการนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่และได้หวนกลับไปยังโครงการที่เน้นการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการนำกลับไปเข้ากระบวนการนิวเคลียร์ใหม่แทน[80].