為瞭安全和經濟地進行放射性廢物最終處置而預先進行的改變放射性廢物的物理和化學狀態的操作過程，包括收集、濃縮、固化、貯存以及廢物的轉運等。
放射性廢物在處理過程中有時還會產生新的廢物，這種新產生的廢物被稱為二次廢物。例如處理放射性廢液時，往往需要用絮凝沉澱、離子交換等方法多次處理，比活度（見活度）才能達到允許排放的水準，而處理過程中產生的泥漿沉澱、廢樹脂等都是帶有放射性的二次廢物。這些廢物仍需要進一步處理(見放射性廢物固化化)。
放射性廢物的處理效果通常用去污系數和減容比表示。由於放射性隻能靠放射性核素自身衰變而減弱，放射性廢物處理的過程，實質上隻是將放射性廢物分成兩部分的過程，一部分體積小但集中瞭原始廢物中絕大部分放射性物質，另一部分體積大但比活度（或放射性濃度）很低。後一部分的處理目標是使放射性達到允許標準，從而在下一步可作一般廢物對待，其處理效果常用去污系數衡量。去污系數也稱凈化系數，其定義是處理前後廢物的比活度（或放射性濃度）之比。對前一部分而言，由於其處理目標是盡量減小體積，以利於最終處置，其處理效果常用減容比衡量。減容比也稱減容系數，其定義是處理前後廢物體積之比。減容比通常多指固體廢物經壓縮處理或液體廢物經固化處理前後體積之比。
放射性廢物的收集 應在各種放射性廢物的產生場所就地分類收集，以不同的接受方式和輸送設備將各種廢物分門別類集中到暫時貯存設施中。分類收集是為瞭便於用不同的方法分別進行處理和處置。通常首先將廢物按其物理狀態分成液體、固體和氣體廢物，還可進一步按廢物比活度(或放射性濃度)分成高、中、低放射性水平的廢物，簡稱高、中、低放廢物。對某些特殊放射性核素也應單獨分類收集，如含氚廢物、超鈾廢物（見超鈾元素）等。對固體廢物還可劃分為可燃廢物、不可燃廢物、可壓縮廢物等。
放射性廢物的減容 對放射性廢液采用濃縮減容，有絮凝沉淀、離子交換、吸附、蒸發等方法。根據廢液的比活度、化學組成、廢液量和處理要求可選用一種方法或幾種方法聯合使用。一般情況下，蒸發法、離子交換法和絮凝沉淀法處理放射性廢液的去污系數分別可達103～106、10～103和10～102。處理後原始廢液中的放射性核素則濃集在小量的蒸發殘渣、廢樹脂和沉淀泥漿內。對固體廢物的減容一般采用焚燒或壓縮處理。可燃廢物經焚繞後減容比可達40～100；不可燃的廢物采用切割和壓縮減容，減容比可達2～10。
放射性廢物的固化 為瞭安全貯存，減少對環境的污染，須將放射性廢液或其濃縮物轉化為固體。放射性廢物固化的基本要求是：固化體的物理化學性能穩定，有足夠的機械強度，減容比大，在水中的浸出率低；操作過程簡單易行，處理費用低等。針對不同類型的廢物可采用不同的固化方法，其中水泥固化、瀝青固化、塑料固化和玻璃固化等已實際應用。
放射性廢物的貯存 未經固化處理的放射性廢液和濃縮物以及尚未選定最終處置方案的固化體等放射性廢物，都應在固定地點貯存在專用的容器中，貯存過程中要註意安全，不能使放射性廢物泄漏。對各種比活度的廢物要求使用不同的貯罐。如貯存堿性中、低放廢液時一般采用碳鋼貯罐；貯存酸性高放廢液時須用雙層不銹鋼罐。對貯存比活度高、釋熱量大的高放廢液的貯罐有特別嚴格的要求：材料要耐腐蝕，結構要牢固可靠，設有通風散熱裝置、檢漏系統和料液轉運裝置等，並須進行監測。
放射性廢物的轉運 放射性廢物轉運的關鍵是廢物的包裝容器，事先要做好安全檢驗，對容器的強度、屏蔽防護、密封系統、包裝的標志等都有嚴格的規定。要求做到安全運輸，防止發生火災、容器顛覆及包裝破損而使放射性廢物泄漏，污染環境。
放射性廢物的分離回收 20世紀40年代末就開始瞭從高放廢液中分離回收裂變產物核素的研究。50年代末到60年代初，一些國傢建立瞭分離回收裂變產物核素的中間工廠。分離工藝由早期的沉淀－萃取法發展為以溶劑萃取和離子交換等法（特別是無機離子交換材料）為主的流程。溶劑萃取法和離子交換法比沉淀法具有較高的回收率和較好的分離凈化效果，並且便於大規模的連續操作和遠距離控制。
鍶 比較成熟的、用於生產的鍶分離提取工藝流程，是用有機萃取劑二（2－乙基己基）磷酸(HDEHP)在酸性條件下從高放廢液中萃取，或用離子交換置換色譜法分離回收鍶。
銫 早期對高放廢液中的銫曾用沉淀－萃取分離工藝，但有機萃取劑的耐輻照性能不夠理想。用無機離子交換材料如沸石、磷酸鋯等從高放廢液中分離提取銫的工藝流程，具有回收成本低、材料耐輻照性能好的優點。
钷 從高放廢液中分離回收钷的工藝流程是用HDEHP萃取分離出稀土核素和超鈾核素，再用離子交換置換色譜法從稀土核素中分離出钷。
貴金屬 主要采用離子交換法從中性或堿性高放廢液中吸附锝、銠、鈀等，然後再以不同的淋洗劑分別回收它們。
超鈾核素 高放廢液中的镎237可用萃取法或離子交換法分離提取。分離镅和鋦等核素時，可在低酸條件下（pH為1～2）用HDEHP與稀土核素共萃取，然後再用萃取法或離子交換置換色譜法與稀土核素分離。
放射性廢物處理是放射性廢物管理的重要措施。選擇處理方法應根據技術可行、經濟合理和規范許可而定。處理過程要防止環境污染，盡量減少二次廢物的產生量。此外，對放射性廢物應積極開展綜合利用（見放射性廢物利用）。
參考書目
考夫曼編，中國科學院原子能研究所放射性廢物處理研究室譯：《核燃料循環中放射性廢物的處理和處置》，原子能出版社，北京，1981。(Management of Radioactive Wastes from the Nuclear Fuel Cycle，Proceedingof ɑ Symposium，Vienna，pp.22～24，March，1976.)