Chu trình nhiên liệu hạt nhân, còn được gọi là chuỗi nhiên liệu hạt nhân, là sự tiến triển của nhiên liệu hạt nhân qua một loạt các giai đoạn khác nhau. Nó bao gồm các bước ở phần đầu, đó là chuẩn bị nhiên liệu, các bước trong thời gian bảo dưỡng mà nhiên liệu được sử dụng trong quá trình vận hành lò phản ứng và các bước ở phần cuối, cần thiết để quản lý, chứa đựng và tái chế hoặc thải bỏ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Nếu nhiên liệu đã qua sử dụng không được xử lý lại, chu trình nhiên liệu được gọi là chu trình nhiên liệu mở (hoặc chu trình nhiên liệu một lần); nếu nhiên liệu đã sử dụng được xử lý lại, nó được gọi là chu trình nhiên liệu khép kín.