Hier wird aus benutzten Brennelementen das Plutonium extrahiert. Neben Atommüll fallen dabei auch Abgase und Abwässer an, die in die Umgebung abgeleitet werden. Diese enthalten radioaktive Bestandteile und belasten die Umwelt. Mehrere Studien haben eine erhöhte Inzidenz von Leukämie bei Kindern im Umkreis von Wiederaufarbeitungsanlagen gezeigt. Auch kommt es regelmäßig zu Lecks und Unfällen in diesen Fabriken.

Dies ist ein hochgiftiges Schwermetall, das schon in Mikrogrammdosen Krebs auslösen kann. In der Natur kommt es praktisch nicht vor. Es entsteht in Atomreaktoren als Abfallprodukt der Kernspaltung. In Wiederaufarbeitungsanlagen wird es aus den abgebrannten Brennstäben extrahiert und kann für den Bau von Plutoniumbomben verwendet werden. Produktion, Handel und Transport von Plutonium stellen daher ein enormes Weiterverbreitungsrisiko dar.

Diese Art von Brennelementen wird aus dem, bei der Wiederaufarbeitung anfallenden, Plutonium und Uran hergestellt. Mit ihrer Nutzung sind besondere Risiken verbunden: Sie müssen von den WAAs zu den AKWs transportiert und dort gelagert werden, was die Unfall- und Weiterverbreitungsgefahr erhöht. Die Regelung eines mit MOX betriebenen AKW ist zudem komplexer. Außerdem enthalten sie viel langlebigere radioaktive Stoffe und benötigen bei der Endlagerung mehr Platz.