Wichtigster Teil eines Kernreaktors in Kernkraftwerken, bestehend aus einem Bündel von Brennstäben.

Einzelne Brennstäbe sind bei einem Durchmesser von 1,5 cm 4 - 5 m lang, bestehen aus einer Hülle aus Edelstahl oder Zirkonmetall (Zircaloy) und sind gefüllt mit dem spaltbaren Material, meist Urandioxid (Uran), in Form von Tabletten. Ein Leichtwasserreaktor vom Typ Biblis wird mit 200 Brennelementen, bestehend aus 200-300 Brennstäben, bestückt, was insgesamt ca. 100 t Uran entspricht.
Nach etwa 3 Jahren ist das Brennelement abgebrannt und wird aus dem Reaktor entfernt. Sein Uran235Gehalt ist von anfangs 3% auf unter 1% gesunken. Abgebrannte Brennelemente sind hochradioaktiv (Radioaktivität, Aktivität) und enthalten etwa 200 verschiedene Spaltprodukte (künstliche Radionuklide).