ウランの同位体組成を変えてウラン235の比率を高めることをいう。通常は天然ウランが濃縮の原料ウランとなる。天然ウランを構成する同位体のうちウラン238は高速中性子でしか核分裂を起こさないが、ウラン235は幅広いエネルギーの中性子で核分裂を起こし、特に低エネルギーの熱中性子で核分裂を起こしやすい。現在、発電炉の主流となっている軽水炉では核分裂で生まれた高速中性子を軽水で減速してできるだけ低エネルギーの中性子とし、ウラン235を核分裂させてエネルギー生産をしている。しかし、天然ウランに含まれるウラン235の比率は約0.7％と小さく、そのまま軽水炉の燃料に用いても核分裂連鎖反応を維持できない。このため、ウラン濃縮プロセスによってウラン235の比率を3〜5％に高めた濃縮ウランを製造し、燃料として利用している。