핵연료로서의 역할을 수행한 후 원자로에서 끄집어낸 ‘사용 후 핵연료’에는 연료로 다시 쓸 수 있는 우라늄?235와 핵무기 제조에 필요한 핵물질 중 하나인 플루토늄?239 등이 남아 있다. 사용이 끝난 연료봉은 냉각 및 방사능 감소 등을 위해 일정 기간 수조에 저장하였다가 재처리하는 과정을 거친다. 재처리는 사용 후 핵연료에 함유된 우라늄?235와 플루토늄?239를 분리, 회수하여 우라늄?235를 재사용하는 상업용 재처리와 플루토늄?239를 핵무기 제조에 사용하기 위한 군사용 재처리로 구분할 수 있다.

북한은 1960년대 재처리 능력의 개발을 결정했으며, 그 이후 지속적으로 기술 개발을 시도하여 왔다. 1975년 재처리 시설로 의심받던 동위원소가공실험실에서 우라늄과 플루토늄에 대한 화학실험과 건설 중이던 방사화학실험실에서 영변 5MWe 원자로?의 손상된 핵연료에 대한 재처리 실험을 수행한 것으로 알려지고 있다. 방사화학실험실은 1985년 착공하여 1995년에 완공 예정이었으나, 1994년 10월 북·미 제네바 기본합의에 따라 동결될 당시 70% 공정이 완료된 상태였다.

사용 후 핵연료 재처리시설은 2007년 6자회담?에서 체결된 ‘2.13 합의?’에 따라 폐쇄·봉인 되었으며, ‘10.3합의’에 따라 영변의 3개 핵시설(영변 5MWe 원자로?, 재처리시설, 핵연료봉 제조공장) 불능화 완료 조치의 일환으로 일부 설비가 해체되기도 하였다. 그러나 북한은 2009년 4월 5일 장거리 미사일 발사?에 따른 유엔 안보리의 대북제재 결정에 반발하여 재처리시설의 원상복구 및 사용 후 핵연료 재처리를 시작한다고 공식 발표한 바 있다.