铀在天然含铀矿中主要有三种同位素，其中主要是铀-238，占99.27%(原子百分比，下同)。但真正易于发生核裂变的是铀-235，在自然界中，铀-235在天然铀中的总含量仅占0.7%。还有铀-234，含量更少只占0.0057%。

入射的中子轰击天然铀中的铀-235后产生的中子被周围的物质吸收或泄漏后，系统中被U-238吸收的可能性极小，且不会释放出新的中子。因为U-235含量少，而U-235裂变中子又击中U-235产生裂变的概率就非常小，因此不能引起新一代裂变，链式反应就无法维持。因此，天然铀直接用来做核燃料铀-235浓度太低，所以人们要将天然铀中的铀-235进行浓缩，以达到核能利用的标准。

轻水堆核电站所需要的铀-235丰度大约在3%~5%，核武器所需要的铀-235丰度要达到90%以上。丰度这个概念是指某一同位素在这个元素的比例。铀-235的丰度为3%就是指每100个铀原子核中有3个原子核是铀-235。按照铀浓度的不同，国际原子能机构将铀分为微浓缩（0.9%~2%）、低浓缩铀（2%~20%）和高浓缩铀（20%以上）。在高浓缩铀中，铀-235丰度超过85%的被称为武器级浓缩铀，可以直接用于制造核武器。

重水堆是可以直接用天然铀作为燃料的。重水像轻水一样能将快中子慢化成能以高概率与铀-235发生裂变的热中子，并且慢化效果更好，同时对中子的吸收比轻水少很多，所以中子的“经济性”更好，有比轻水堆更多的中子与铀-235发生裂变，从而可以使用低浓度铀-235的天然铀作为燃料。