Kasutatud tuumkütuse bassein on kasutatud tuumkütuse hoidmisala, mis võimaldab sellel jahtuda enne sobivamasse pikaajalisesse hoidlasse viimist. Kuna kütus on reaktoris ära kasutatud, saab selle üle kanda basseini, kus see jääb vee alla, et tekitada kiirgusvarjestus ja anda võimalus jahtuda. Basseini võib kasutada automaatse süsteemiga, et töötajad ei puutuks komponentidega otse kokku, välja arvatud hooldusvajadused. Muudel juhtudel peavad töötajad kütuse lattu paigutamiseks käsitsi käsitsema kütusevardaid ja muid komponente.
Tavaliselt asuvad kasutatud tuumkütuse basseinid mugavuse huvides reaktori lähedal. Need koosnevad hiiglaslikest betoonmahutitest, mis on vooderdatud roostevaba terasega ja varustatud riiulitega üksikute kütusevarraste hoidmiseks. Ahelreaktsiooni ohu vähendamiseks võib lisada isoleerivat boori. Basseini sügavus määrab, mitu varda see mahutab; juriidilised nõuded võivad ette näha teatud ulatuse ja rajatised võivad ohutuse suurendamiseks muuta kasutatud tuumkütuse basseini veelgi sügavamaks.
Kui vardad istuvad kasutatud tuumkütuse basseinis, tõuseb vee temperatuur. Tuumarajatised peavad temperatuuri madalal hoidmiseks pidevalt tsirkuleerima vett läbi jahutusseadmete ja tagasi basseini. Samuti jälgivad nad seda reaktsioonide nähtude suhtes, mis võivad põhjustada kasutatud tuumkütuse basseini ümber suurel hulgal vesinikku kogunemist. See nõuab pidevat järelevalvet kvalifitseeritud tehnikutelt, kes tunnevad kasutatud tuumkütuse basseinidega seotud tavalisi probleeme, et nad saaksid probleemide ilmnemisel kiiresti tegutseda.
Rajatised võivad säilitada esialgse basseini koheseks jahutamiseks, millele järgneb suurem bassein vanema kütuse jaoks. Kuna see hakkab täituma, peavad tehnikud viima vanad kütusevardad kuiva vaadihoidlasse. Selle tehnika puhul eemaldatakse vardad basseinist ja asetatakse spetsiaalselt selleks ette nähtud mahutitesse, mis takistavad kiirguse leket. Ladustatud kütust saab transportida pikaajalisele hoidlale, kus see aja jooksul aeglaselt laguneb.
Olulised ohutusprobleemid on seotud kasutatud tuumkütuse basseini projekteerimisega. Kui bassein ei ole korralikult projekteeritud ja hooldatud, tekib tuumaahelreaktsiooni oht, mis võib põhjustada tõsist keskkonnakahju. Samuti on oht, et basseinid saavad liiga täis, mis toob kaasa olukorra, kus elektrijaamal pole ruumi kasutatud kütusevarraste hoidmiseks. Tuumarajatiste projekteerimise ja hoolduse eest vastutavad insenerid peavad esitama tõendid selle kohta, et nad plaanivad kütust mahutada ja suudavad täita tuumkütuse ohutuse regulatiivseid standardeid.