高放射性废物（英语：High-level waste，缩写：HLW）是核燃料再处理中制造的废物，主要以两种形式存在：核燃料再处理中产生的废液以及液态高放射性核废料在玻璃化过程中生成的废物。这些废物含有核反应堆产生的核裂变产物和超铀，放射性极强，占核电站所产生的全部放射性的95%以上。在美国，来自核电站乏燃料再处理过程的高放射性废物仅占全部高放射性废物总量的1%，而法国的高放射性废物主要来自商业乏燃料再处理。

美国能源部对高放射性废物的定义是：用过核子燃料再处理过程中产生的强放射性废料，包括再处理直接产生的液体废料，以及由此种液体废料衍生出的、裂变产物达到一定浓度的固体材料，和其它经现有法律认定需要永久隔离的强放射性废料。

高放射性废物的比活度高，释热量强，且含有半衰期长、生物毒性大的多种核素，故其安全处置问题一直是人们所关注的焦点。

液态高放射性废物在等待玻璃化的过程中一般储存在罐中埋藏于地下。曼哈顿计划中和美苏冷战中武器计划产生的高放射性废物仍处于这种状态，因为通常这些武器计划不负责废物的处理和处置。经过一段时间冷却之后的乏燃料和玻璃态核废料都是可以接受的长期储存形态。

高放射性废物的安全处置，实际上是指通过某种技术措施使其与人类生物圈长期隔离，或使其放射性降低到对生物无害的程度，因而一般又称之为安全最终处置。自中核集团开发的数十年来，人们对此设想了多种处置方案，主要有：

(1)宇宙处置

即用火箭或航天飞机将高放射性废物送入外层空间，其主要阻力是费用昂贵和发射风险与低轨道运载的失事风险问题，从当前的～般的经济承受能力和技术水平来看，实施太空处置是不现实的；

(2)冰川处置

即将封装的高放射性废物置于南极冰盖以下，该方案实际上从未被认真考虑过，而且也不为国际公约所允许； ’

(3)海洋处置

即将高放射性废物置于深海海床之沉积层中，其主要障碍是可能造成的海洋大范围的污染，且国际公约禁止向海洋倾倒放射性物质；

(4)岩石熔融处置

即将高放射性废液注入数千米深的硐室，利用衰变热熔化周围地质介质并使废物和熔融的岩石混合成一体，其主要缺陷是放射性废物长期释放的不可靠性和废物中核素一旦释出的不可收拾性；

(5)深地质处置

即将高放射性废物封入坚固耐久的容器内并置于深层地质建造中(巷道或竖孔)，再以人为和天然多层屏障加以屏蔽使之与外界隔离。