Thanh nhiên liệu của lò VVER-1000 có dạng một chiếc ống kín được lấp đầy bằng các viên nhiên liệu (điôxít uranium UO2). Vỏ thanh nhiên liệu được chế tạo từ hợp kim zirconi Э110 (Zr + 1% Nb - Hợp kim H-1). Mật độ của hợp kim là 6,55 g/сm³, nhiệt độ nóng chảy: 1860 °C. Đối với hợp kim H-1 khi quá 350 °C tính bền của hợp kim giảm mạnh đồng thời là độ dẻo tăng mạnh. Tính chất của hợp kim biến đổi mạnh nhất ở khoảng nhiệt độ 400—500 °C. Khi quá 1000 °C Zirconi bắt đầu tương tác với hơi nước, tới 1200 °C phản ứng này xảy ra rất nhanh (trong vài phút), tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể làm tăng nhiệt độ lớp vỏ tới nhiệt độ nóng chảy (1860 °C) đồng thời tạo ra khí H2 dẫn tới hiện tượng cháy nổ.

Đường kính ngoài của lớp vỏ thanh nhiên liệu là 9,1±0,05 mm, độ dày: 0,65±0,03 mm, đường kính trong: 7,72±0,08 mm.

Khi bó kín thanh nhiên liệu, khe hở giữa viên nhiên liệu và lớp vỏ được lấp đầy bằng Heli ở áp suất 20—25 atm. Thể tích trong của thanh nhiên liệu (ở trạng thái lạnh là 181 cm³) được lấp đầy 70 % bởi các viên nhiên liệu. Chiều dài thanh nhiên liệu là 3837 mm.

Viên nhiên liệu điôxít uranium UO2 có nhiệt độ nóng chảy cao (ở khoảng 2800 °C), không tương tác với nước và hơi nước thậm chí trong nhiệt độ rất cao, tương thích với vật liệu lớp vỏ thanh nhiên liệu.

Khả năng dẫn nhiệt của Điôxít uranium UO2 không tốt bằng thép (kém hơn khoảng 40 lần). Khối lượng riêng UO2 vào khoảng 10,4—10,7 g/сm³. Khi xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền trong thể tích viên nhiên liệu, trung bình tỏa ra năng lượng 0,45 KW/сm³ (450 KW/lít).

Khi lò phản ứng hoạt động ở công suất định mức (1000 MW) nhiệt độ trên trục của viên nhiên liệu khoảng 1600 °C (cực đại là 1940 °C), còn trên bề mặt viên nhiên liệu là 470 °C (cực đại là 900 °C). Độ chênh lệch nhiệt độ giữa khe hở trong thanh nhiên liệu trung bình ở mức 100 °C. Nhiệt độ trên bề mặt ngoài của lớp vỏ lên tới 350 °C. Áp suất của khí He nằm từ 80—100 atm, riêng lõi thanh nhiên liệu dài thêm tới 30 mm do giãn nở nhiệt.

Nhiên liệu 235U được làm giàu ở mức 4,4 % khi bắt đầu khởi động lò và chỉ còn 0,8—1 % khi đưa ra khỏi lò sau thời gian vận hành. Khoảng 5 % sản phẩm phân hạch 235U là chất khí, những sản phẩm này làm tăng áp suất bên trong lớp vỏ thêm 80 atm.