天然ウラン（ウラン鉱石）には、ウラン２３８が約９９．３％、ウラン２３５が約０．７％含まれている。このうち、ウラン２３５は核分裂の連鎖反応をおこす。ウラン２３８は劣化ウランとして核の廃棄物である。核分裂を利用した核兵器は、ウラン２３５が９０％以上の濃度が必要となる。
プルトニウムは自然界には存在しない。核分裂の連鎖反応を起こさないウラン２３８の原子核に中性子をぶつけると、中性子が原子核に吸収され、２３８、２３９、２４０、２４１、２４２、２４０のプルトニウムが形成される。
この中で、ウラン２３８と同様に、核分裂の連鎖反応を起こすのプルトニウム２３９である。核兵器として使用するには、プルトニウム２３９の純度が９０％以上必要となる。
黒鉛炉や重水炉で、短時間ウラン２３５を核分裂させると、高濃度のプルトニウム２３９が形成されるが、軽水炉では、軽水が中性子を捕獲するので、プルトニウム２４０の割合が高くなり濃度は８０％ぐらいに下がる。
ウラン鉱石に、０．７％含まれているウラン２３５の濃度を高めることを濃縮という。採掘されたウラン鉱石は、イエローケーキといわれるウラン精鉱に精製され、六フッ化ウランというガスに転換される。転換された六フッ化ウランガスは、機械処理されてウラン２３５の純度が高められる。機械処理の方法としては、ガス拡散法、遠心分離法、レーザー分離法、化学法濃縮法などがある。いわゆる「濃縮ウラン」といわれるのはウランの分離でありプルトニウムと混同してはならない。
プルトニウム２３９は、２４０が含まれると核分裂をするまえに爆発を起こす。商用原子炉で、取り出される原子炉級プルトニウムを、遠心分離機にかけても９９％以上のプルトニウム２３９の純度は達成できない。従って、プルトニウム単体を燃料とすることはできない。
商用原子炉で取り出される原子炉級プルトニウムを二酸化プルトニウムに転換し、劣化ウランなどと混同して燃料とするＭＯＸ燃料としての再利用がある。プルサーマルといわれている技術がある。
従って、遠心分離法などの分離技術で取り出されるプルトニウムは９０％の濃縮で使われる核兵器への再利用が目的となる。
広島と長崎に落とされたウラン２３５とプルトニウム２３９の臨界量は、ウラン２３５を４６．５㎏、プルトニウム２３９を１０．１㎏といわれていますが、最新の技術では、ウランは３kg、プルトニウムは１㎏まで小さくなったとされています。
両者の臨界量の低下は、製造原価においてプルトニウムが有利であったことの崩壊を意味しています。毒性が強く、取り扱いが難しいプルトニウムの需要は低下し、天然ウランの利用度が高まる傾向にあるといえます。