核燃料元素主要包括那些能夠在核反應堆中通過核裂變或核聚變產生實用核能的材料。這些元素具體可細分為：
裂變核燃料。主要包括鈾235、鈾233、鈾238和鈈239，其中鈾235是天然存在的，而鈈239和鈾233通常是由其他元素通過核反應產生的次級核燃料。
聚變核燃料。主要包括氘和氚，它們存在於自然界中，並且氘在天然水中的含量相對豐富，氚則通常在反應堆中產生。
此外，鋰6也被認為是聚變核燃料的一部分，因為它可以轉換成氚的原料。釷作為一種天然放射性元素，也具有潛在的核燃料套用，儘管其反應堆技術還在研究和開發中。