由235U含量較高的鈾同位素混合物，獲得235U含量較高的鈾同位素混合物的同位素分離技術。鈾同位素富集在核燃料迴圈中極為重要。235U含量大於天然含量的鈾稱為濃縮鈾，濃縮鈾可用作裂變反應堆的燃料（含量在3％左右），還可用作核武器的裝料（含量在90％以上）和核艦艇的的核動力燃料（含量在20％左右）。但天然鈾中主要含有238U（含量為99.275％），而235U的含量僅為0.720％。因此必須通過鈾同位素的富集來提高鈾同位素混合物中235U的含量。現在分離鈾同位素的方法主要有氣體擴散法、離心法、噴嘴法、激光法、化學交換法、等離子體法等。具有工業價值的是氣體擴散法和離心法，激光法的工業應用已取得重大進展。
氣體擴散法 使待分離的氣體混合物流入裝有擴散膜（分離膜）的裝置來得到富集和貧化的兩股氣流的同位素分離方法。基本原理是：氣體混合物中質量不同的氣體分子（如235UF6和238UF6）的平均熱運動速率與其質量的二次方根成反比。當氣體通過擴散膜時，速率大的輕分子(235UF6)通過概率比速率小的重分子(238UF6)大，這樣通過膜以後輕分子的含量就會提高，從而達到同位素分離的目的。
氣體擴散法串聯級聯示意圖
離心法 利用在離心力作用下，分子質量不同的流體其壓強分佈不同的原理分離同位素的方法。在巨大的離心力場作用下，輸入離心機的六氟化鈾氣體中的輕分子235UF6在離心機轉子中央部分富集，而重分子238UF6更多地趨於筒壁，造成鈾同位素在徑向部分分離。
噴嘴法 利用氣體動力學原理分離同位素的方法。當氣體同位素混合物高速通過裝有噴嘴的彎曲軌道時，其輕組分在半徑小的圓周上被濃縮，而重組分在半徑大的圓周上被濃縮。其分離效應主要是離心作用造成的，這種離心作用是由氣流被適當形狀的靜壁偏轉所引起的。工作氣體是用氫氣高度稀釋的六氟化鈾。
激光法 一種基於激光束對同位素原子或含同位素的化合物分子的選擇性激發來分離同位素的方法。其原理是根據原子或分子在吸收光譜上的同位素效應，利用激光的高度單色性、光輻射強和波長連續可調等特性，用特定波長的激光選擇性地激發同位素混合物中某一同位素，進而產生電離或解離，而未被激發的同位素仍處於基態。由於受激同位素原子或分子在物理和化學性質上與基態原子或分子差別較大，采用適當的物理或化學方法，可使它們分離，從而獲得富集的同位素。
化學交換法 利用不同化合物分子或離子間的同位素交換反應來分離同位素的方法。過去一般用來分離輕同位素，現在由於找到合適的載體，提高瞭分離系數，減少瞭理論塔板高度，用該法來分離鈾同位素已獲得成功。
等離子體法 基於等離子體旋轉和離子回旋共振兩種原理來分離同位素的方法。①使高溫下產生的鈾等離子體在電磁場中作高速旋轉，在離心力場作用下，質量較大的鈾同位素等離子體在徑向方向上逐漸加濃。②選擇電場頻率在所需要的同位素離子的共振頻率范圍內，使所需要的同位素離子在較大的回旋半徑上循環，從而與其他同位素分離。