Üks suurimaid probleeme tuumamaterjalidega töötamisel on välja mõelda, mida nende materjalidega peale hakata, kui need on oma aja ära elanud. Asjad, nagu kasutatud tuumakütus elektrijaamadest ja sõjalistest operatsioonidest, võivad olla väga ohtlikud, kuid neil pole praktilist kasu, mistõttu valitsused ja keskkonnaagentuurid peavad välja pakkuma ohutuid ja tõhusaid tuumajäätmete kõrvaldamise meetodeid. Tuumajäätmete ebaõige käitlemine võib põhjustada tõsiseid probleeme, näiteks keskkonnaseisundi halvenemist.
Mõnikord saab tuumajäätmete kõrvaldamise teostada jäätmete ümbertöötlemise teel, et neid saaks kasutada millekski muuks. Ümbertöötlemisel tekib küll osa jäätmeid, kuid see vähendab jäätmete üldist kogust ja võib oluliselt kokku hoida, vabastades kasutatava materjali, mis muidu visatakse ära. Mõned tööstusharud kasutavad ümbertöötlemist tuumajäätmete jagamiseks erinevateks komponentideks, et hõlbustada nende käitlemist tuumajäätmete kõrvaldamise protsessis.
Tuumajäätmeid ei saa koos prügiga teepervele välja panna, sest need tekitavad kiirgust. Üks levinumaid meetodeid tuumajäätmete alaliseks kõrvaldamiseks on matmine. Kui radioaktiivsed jäätmed maetakse, hoitakse neid suurtes tünnides, mis on kavandatud radioaktiivsust kauem kestma. Trummid on maetud sügavale maa alla seismiliselt stabiilsesse piirkonda, kus tuumajäätmed lagunevad sajandite jooksul vähem lenduvateks komponentideks. Selline lähenemine tuumajäätmete kõrvaldamisele on mõnevõrra problemaatiline, kuna trumlid võivad ebaõnnestuda, põhjustades reostust, või tulevased tsivilisatsioonid võivad selle koha välja kaevata, mõistmata, et see sisaldab ohtlikke materjale.
Mõned inimesed on propageerinud tuumajäätmete kosmosesse tulistamist. Kosmoses on juba palju taustkiirgust, mistõttu tuumajäätmed tõenäoliselt kosmoses kiirgusprobleeme ei põhjusta, kuid mõte kasutatud tuumamaterjalide trumlite jätmisest mööda universumit on mõnele inimesele ebameeldiv. Samuti on tekitatud muret paljude kosmoses hõljuvate äravisatud objektide ohutuse pärast, kuna need objektid võivad mingil hetkel muutuda navigatsiooniohtlikuks.
Tuumajäätmete käitlemine on kogu maailmas kriitiline probleem, eriti seoses tuumaelektrijaamade kui populaarse energiatootmise alternatiiviga. Tuumaenergia ei tekita heitkoguseid, mistõttu on see keskkonna seisukohast ahvatlev, ja paljud riigid sõltuvad energia tootmiseks suuresti tuumaenergiast. Selle tulemusena on osades maailma piirkondades hakanud kogunema tuumajäätmeid, mis tekitab küsimusi, kui keskkonnasõbralik tuumaenergia tegelikult on.