Trong lò phản ứng hạt nhân nhân tạo thì nhiên liệu hạt nhân được tinh chế, đồng vị chính của nhiên liệu được làm giàu, ví dụ urani cần làm giàu 235U đến trên 3%, khối lượng nhiên liệu bố trí ở mức khối lượng tới hạn, đồng thời sử dụng hệ thống làm chậm, phản xạ hay giữ neutron, nhằm đảm bảo phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì xảy ra trong không gian lò.

Những điều kiện như vậy rất khó xảy ra trong tự nhiên, song một cách ngẫu nhiên điều khó này vẫn xuất hiện tại vùng mỏ urani lớn và đủ giàu. Hiện tượng được giải thích như sau.

Những vùng mỏ chất phóng xạ U và Th gắn liền với loại đá magma xâm nhập là granit (đá hoa cương), trong đó đới chứa khoáng vật của chất phóng xạ gọi là khoáng sàng quặng nguyên sinh (giống như vàng nguyên sinh trong đá magma xâm nhập). Sự phong hóa dẫn đến đá vỡ nát, làm chất phóng xạ hòa tan vào nước, và trong điều kiện nhất định thì các lớp cát kết có thể bắt giữ chúng, lâu dần tạo ra khoáng sàng quặng thứ sinh (gần giống như vàng thứ sinh dạng cám lẫn trong đất cát).

Tại khoáng sàng quặng urani thứ sinh, điều kiện nước ngầm thuận lợi có thể tạo được đới tích tụ có hàm lượng đủ cao với thể tích đủ lớn, đến mức các neutron sinh ra từ một phân hạch, được nước làm chậm, đến mức khả dĩ có hơn 1 neutron bắt gặp hạt nhân 235U trong đới đó để gây ra phản ứng phân hạch. Nhiệt do phản ứng phân hạch sinh ra làm nước bốc hơi, thoát khỏi lớp cát kết, làm giảm chất làm chậm và phản ứng phân hạch ngưng lại. Khi đã làm mát và nước ngầm chảy đến, thì trạng thái đủ cho phản ứng phân hạch xảy ra được khôi phục. Chu kỳ như vậy tiếp diễn vài trăm ngàn năm, đến khi lượng 235U trong đới nghèo hơn mức cần có để duy trì phản ứng [4].

Các tính toán dựa trên tích lũy một sản phẩm khác của phân hạch urani là khí xenon trong đất đá, cho thấy hiện tượng diễn ra hồi 2 tỷ năm trước, với chu kỳ gồm 2 giờ phản ứng và 30 phút làm mát, về sau chu kỳ dài hơn và là 3 giờ. Nhiệt sinh ra làm nóng đất đá lên vài trăm độ C [4].

Có hai yếu tố vào thời kỳ 1,7 tỷ năm trước tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra.

Trước hết 235U có chu kỳ bán rã là 703,8 triệu năm, nên hồi 1,7 tỷ năm về trước thì tỷ lệ đồng vị của nó là 3,1%, thuận lợi cho phát sinh phản ứng. Ngày nay 235U có tỷ lệ là 0,72%, không thể gây phản ứng dây chuyền nếu không có chất làm chậm là nước nặng hoặc graphit.

Thứ hai là sự có mặt của oxy tự do trong khí quyển, bắt đầu vào 2 tỷ năm trước, là yếu tố gây phong hóa đất đá và làm urani thoát khỏi đá hòa tan vào nước. Hiện tượng phát sinh lò phản ứng trong đá trầm tích (kiểu Oklo) không xảy ra sớm hơn thời gian này [3].

Những nghiên cứu này rất có ý nghĩa cho việc lập khu bảo quản chất thải phóng xạ [5].