原子炉の燃料は核分裂性物質（→「核分裂」）（fissile material）で、天然にはウラン-235、人工的なものにはプルトニウム-239やウラン-233がある。現在の原子力発電ではウラン-235を用いるが、資源量は少なく、エネルギー量に換算して石油の数分の1、石炭の数十分の1しかない。したがって、核燃料を資源として意味のある量にしようとすれば、プルトニウム-239などを人工的に作り出す必要がある。そのための装置が高速増殖炉である。しかし、現在開発が目指されているプルトニウムサイクルは、もともと増殖のスピードが遅く、電力会社による試算でも倍増時間（doubling time　1基のFBRが同型同出力の炉をもう1基動かすのに足るプルトニウムを生産するのに要する時間）は90年とされる。これではエネルギー源にならないので、非核分裂性のトリウム（Th-232）をウラン-233に変換して利用するトリウムサイクル（thorium cycle）の構想もある。

図「日本の原子力発電による累積発電量と核分裂生成物の累積生成量」