將放射性廢物經適當處理後永久地安置於自然環境或人工設施中的操作過程。處置後的廢物不需人工管理，也不考慮回取，在放射性廢物衰變到無害水準以前，與生物圈始終保持有效隔絕，對人類健康和安全不會帶來危害。通常它是放射性廢物管理中的最後一個環節。
高放（射性）廢物衰變到無害水準需要幾萬年甚至幾十萬年，要在如此長的時間裏不使有危害量的放射性物質進入生物圈是一項十分艱巨的任務，因此高放廢物的安全處置受到極大的重視。自20世紀50年代後後期以來，已提出多種設想和方案，主要有：
① 地層處置，將廢物長期貯存於合適的深地質層中。在合適的地質層中用開礦技術挖掘豎井、巷道和洞室，並在洞室內鉆孔，將高放固化體安置於鉆孔內，用膨潤土等回填密封。這樣，廢物和生物圈之間就有三道屏障，即固化體本身、金屬容器和地質巖床。也有建議在巖體上鉆孔，將高放廢液註入其內，放射性衰變熱使廢物與巖石熔為一體，冷卻後成為巖石廢物固化體。用於處置的深地質層，應在過去的幾十萬年甚至更長的時間裡無地震危害或無劇烈、大面積巖層斷裂的跡象。70年代前期註意力集中於鹽礦，以後發展到玄武巖、花崗巖、頁巖和凝灰巖等多種地質層。貯存處到地表的距離一般為500～1000米。
② 海床處置，將廢物投送到深海溝、海底沉積層或沉積層下的巖床中。
③ 將廢物安置於近地極的厚冰層中，利用放射性衰變熱使冰層熔化而沉到基巖上。
④ 將廢物送往別的星球或外層空間。
⑤ 嬗變，將半衰期長、毒性大的放射性核素分離出後，用高通量反應堆將它們轉變為短半衰期核素或穩定性核素。
一般認為，高放廢液轉化為固體後長期貯存於合適的地質層中是最安全可行的最終處置方法。超鈾元素廢物，因毒性大、半衰期長，應按與高放廢物相同的要求進行處置。不含超鈾元素的中、低放廢物，經過幾百年可達無害水平，處置要求低於高放廢物，可在淺地質層貯存，或利用廢礦井、或巖穴貯存。(見彩圖)。
放射性廢物地下儲存庫