La plupart des réacteurs dans le monde mettent en oeuvre de l'uranium légèrement enrichi en uranium 235. La filière des réacteurs à eau sous pression (REP) nécessite, par exemple, de l'uranium enrichi entre 3 et 5 %.

Les procédés mis en oeuvre pour enrichir le combustible nucléaire en uranium 235 sont basés sur la différence de masse entre les différents isotopes de l'uranium. On distingue deux procédés d'enrichissement d'uranium :

Enrichissement par diffusion gazeuse

L'usine actuelle Georges Besse utilise comme procédé d'enrichissement la diffusion gazeuse. Le gaz d'hexafluorure d'uranium, comprimé, diffuse au travers de parois microporeuses équipant une série de 1400 modules étagés en cascade. Il est introduit dans le module central de la cascade. Les molécules d'hexafluorure d'uranium 235, plus légères que celles d'hexafluorure d'uranium 238, traversent plus rapidement chaque paroi microporeuse.

Ainsi, au fur et à mesure des passages successifs au travers de ces parois, un flux gazeux, dirigé vers l'extrémité inférieure de la cascade, s'appauvrit en uranium 235, tandis que l'autre, dirigé vers l'extrémité supérieure, s'en enrichit. Le produit enrichi peut ensuite être soutiré en haut de la cascade de diffuseurs et le résidu appauvri en bas.

Enrichissement par ultracentrifugation

Une nouvelle usine dite Georges Besse II, actuellement en cours de construction, est prévue pour remplacer la précédente et utiliser, à l'horizon 2012, un autre procédé d'enrichissement : l'ultracentrifugation.

Ce principe de séparation des deux isotopes d'uranium utilise des centrifugeuses tournant à très grande vitesse et disposées en cascade. Elles projettent plus vite à la périphérie l'hexafluorure d'uranium 238 et l'uranium 235 va ainsi progressivement se concentrer dans les centrifugeuses au cours des passages successifs.