酸化ウランの一種で、ＵＯ2で表す。通常は褐色の無定形粉末で、融点約2800℃、比重10.97、硝酸に容易にとけて硝酸ウラニルとなる。軽水炉の燃料として、低濃縮の二酸化ウランの粉末をプレスで直径・長さとも約１cmに成型・加工し、高温で焼き固めたペレットが使われている。ペレットをジルコニウム製の燃料管に詰めて燃料棒を構成し、燃料棒を８×８等に束ねたものが燃料集合体であり、燃料集合体は炉心に装荷されて炉心部を構成する。