방사성폐기물 처리의 목적은 환경에 대한 방사능의 영향을 가능한 한 줄이기 위한 것이다. 이에 따라 처리의 가장 기본적인 원칙이 정해질 수 있다. 그것은 바로 ‘분리’와 ‘농축’으로 오염되지 않은 물질과 방사성물질을 따로 분리한 후 오염된 물질의 부피를 최소화하도록 농축하는 것은 방사성폐기물 처리의 가장 기본적인 원칙이다. 분리가 되어 농도가 극히 희박하게 되면 유해성이 거의 없기 때문에 더 희석하여 환경으로 배출하고 농축된 것은 효율적인 보관과 관리를 위해 감용하여 고체로 만들게 된다. 이를 고화(固化)라고 한다.

첫 번째는 지연과 붕괴로 이는 반감기가 짧은 핵종에 주로 적용하게 된다.
즉, 폐기물을 수거하여 일정한 장소에 저장하여 시간을 지연시킴으로써 방사능이 붕괴하여 소멸하면 일반적인 폐기물로 처리하는 방식을 말하며 주로 기체폐기물을 처리하는 방식이다. 기체는 숯의 일종인 차콜(charcoal) 등을 활용하여 포집을 하게 된다. 즉, 고성능 기체 포집 필터를 사용해서 폐기물 속 방사성물질들을 가두어 버리는데, 방사성물질이 빠져나가 법에서 정하는 농도치 이하가 되면 기체는 더 이상 폐기물이 아니므로 밖으로 배출하고 이 필터만 수거하여 고체폐기물로 처리하는 것이다.

두 번째는 농축과 저장(처분)이다.
폐기물을 증발시키고 건조하여 여과, 압축 등의 방법으로 농축한 다음 부피를 줄여 안전한 장소에 장기적으로 폐기물을 저장하는 것으로서 주로 액체폐기물을 처리하는 방식이다. 액체는 기체폐기물처럼 다양한 필터와 이온교환수지 등을 사용해서 방사성물질을 걸러내고 증발과 농축을 통해 깨끗해진 액체는 배수구로 방류하고, 남은 액체폐기물은 시멘트, 석고, 콘크리트 등을 이용해 고체로 만든다. 장기간의 관리가 필요한 장반감기의 방사성폐기물은 부피를 줄인 후 관리가 쉽도록 고체로 만드는 고화 처리 과정을 거쳐 생태계로부터 완전히 격리시키는 처분을 하게 되는 것이다.

세 번째는 희석과 분산이다.
이는 농도가 낮은 기체나 액체폐기물에 적용되는 원칙으로 환경에 해가 없을 정도의 약한 방사성폐기물을 공기나 물에 희석되게 함으로써 그 영향을 획기적으로 완화하는 방법이다.

마지막으로 고체폐기물의 처리는 주로 감용의 과정을 거치게 된다.
즉, 고체는 부피를 감소시키기 위해서 더 압축하는데 방사성폐기물을 정확히 분류하여 부피를 최소화하는 방법으로, 폐기물을 파쇄·탈수·건조·소각하는 등의 방법을 사용한다. 외국에서는 불에 타는 종류는 산업폐기물처럼 태워서 (소각) 남는 재를 시멘트나 아스팔트에 넣어 고체로 만들기도 하는데, 우리나라는 이러한 소각공정은 사용하지 않는다.

이렇게 공정을 거친 모든 폐기물은 안정적인 고체 형태로 드럼통에 담겨 경주에 있는 중저준위방사성폐기물 처분장으로 들어가게 된다.

이러한 원칙을 가지고 실제 처리하는 방법을 살펴보자. 처리방법은 방사성폐기물의 방사능 준위나, 물리적, 화학적 상태, 그리고 함유하고 있는 방사성핵종의 종류에 따라 최적의 방법이 선택된다. 방사성폐기물 처리의 일반적 흐름은 다음과 같다.