Výmena vyhoreného jadrového paliva v jadrovom reaktore za čerstvé palivo je zložitý proces, ktorý sa u väčšiny reaktorov uskutočňuje asi raz za rok a zaberie niekoľko dní. Zvyčajne sa mení približne tretina až štvrtina paliva, ktoré bolo v reaktore najdlhšie, a zároveň sa ostatné palivové súbory usporiadajú v aktívnej zóne tak, aby sa čo najlepšie využil štiepny materiál. Výmena paliva môže prebiehať pri úplnom odstavení a otvorení reaktora, ale niektoré typy reaktorov (napr. CANDU) umožňujú výmenu paliva priamo počas nominálnej prevádzky.

Ak je palivo vo forme palivových súborov typu PWR alebo BWR, výmena sa vykonáva diaľkovo ovládaným zariadením – zavážacím strojom, ktorý po otvorení reaktoru uchopí a vyberie palivový súbor z aktívnej zóny a presunie ho pod vodou do bazénu vyhoreného paliva. Po preložení ostatných súborov vloží zavážací stroj namiesto neho nový palivový súbor.

Vo vysokoteplotných reaktoroch s guľovým palivom (pebble bed) sa použité palivové gule priebežne odoberajú zo spodnej časti aktívnej zóny a do hornej časti sa dopĺňajú nové. V reaktoroch s roztavenými soľami, kde je palivo rozpustené v tavenine, sa štiepne produkty priebežne odstraňujú a čerstvé palivo sa do taveniny dopĺňa v špeciálnom spracovacom zariadení.