Сбор, переработка и захоронение радиоактивных отходов осуществляется отдельно от других видов отходов. Перед утилизацией изотопы разделяют по степени активности, периоду полураспада и т.п. Для сокращения объема отходов их упаривают, сжигают, прессуют и т.п. Для предотвращения миграции радиоактивных изотопов с грунтовыми водами малоактивные отходы фиксируют с помощью битума или цемента в блоки, подлежащие дальнейшему захоронению. Высокоактивные отходы остекловывают.
Захоронение твердых, или отвержденных радиоактивных отходов осуществляется в специальных сооружениях, называемых могильниками радиоактивных отходов.
Радиационный контроль при захоронении отходов радиоактивных веществ, а также номенклатура контролируемых параметров должны проводиться в строгом соответствии с требованиями норм ГОСТ. Захоронение должно проводиться в специально отведенных местах (полигонах), на незатопляемых участках с низким уровнем грунтовых вод, обязательно по согласованию с органами Государственного санитарного надзора, с учетом требований по охране окружающей среды и правил радиационной безопасности. Жидкие токсичные отходы перед вывозом на полигон должны быть обезвожены на предприятиях.
Пункт захоронения должен располагаться не ближе 20 км от городов в районе, не подлежащем застройке, с санитарно-защитной зоной не менее 1 км от населенных пунктов и мест постоянного пребывания скота.
Сброс радиоактивных веществ в составе сточных вод запрещен.
Полигоны должны иметь санитарно-защитные зоны: завод по обезвреживанию токсичных отходов мощностью 100 тыс. тонн и более отходов в год — 1000 м; менее 100 тыс. тонн — 500 м; участок захоронения токсичных отходов — не менее 300 м.
Несмотря на то, что человечество более шести десятилетий действует в ядерной сфере, до сих пор не найдено решения, позволяющего полностью утилизировать ядерные отходы. Проблема заключается в том, что радиоактивный мусор остается опасным на протяжении сотен и тысяч лет. К примеру, период полураспада радиоактивного стронция-90 составляет 26 лет, америциума-241 — 430 лет, плутония-239 — 24 тыс. лет. Поэтому любые повреждения хранилищ способны привести к тяжелейшим последствиям.
В России большое количество участков с экстремально высоким уровнем радиации было обнаружено в крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Калининград, Владивосток и др. По данным справочника «За ядерным занавесом: Управление радиоактивными отходами в бывшем СССР», только в Москве за период 1974 по 1994 годы было обнаружено около 1,5 тыс. таких участков. В детском саду неподалеку от Курчатовского института (Москва) была обнаружена песочница, в которой уровень радиации составлял 612 тыс. миллирентген в час. Человек, который провел бы в этой песочнице сутки получил бы такую дозу радиации, которая убила бы его в течение месяца.
В Москве за последние 60 лет, по заявлению руководителя энергетического отдела Гринпис России Владимира Чупрова, скопился большой объем радиоактивных отходов.
Радиоактивные и токсические отходы в советское время, особенно в 40-х и 50‑х годах 20‑го века сваливались в ближайшие московские овраги и затем, с ростом города, на этих местах появлялись жилые и промышленные кварталы. Когда найденные захоронения вскрывали, уже никто не знал, откуда свалка", ‑ сообщил эксперт. В качестве примера он привел ситуацию, связанную рекультивацией одного из земельных участков, расположенного на бульваре Маршала Рокоссовского в Восточном административном округе столицы, где был выявлен радиоактивный могильник. В результате замеров мощности экспозиционного излучения поверхности земли экспертами обнаружены участки вблизи выезда со строительной площадки, с мощностью излучения на поверхности до 43 микрорентген в час (норма мощности внешнего гамма-излучения должна составлять 10‑15 микрорентген в час).