Nukleare Werkstoffe sind alle festen Materialien, die in Systemen eingesetzt werden, in denen Kernreaktionen ablaufen oder ionisierende Strahlung auftritt. Dazu zählen Brennstoffe (z. B. Uran‑Oxide), Hüllrohre, Strukturwerkstoffe, Moderatoren, Abschirmmaterialien sowie Werkstoffe für Entsorgung und Endlagerung.

Zentrale Anforderungen ergeben sich aus der Kombination extremer Einsatzbedingungen: hoher Neutronenfluss, intensive Gamma‑ und Betastrahlung, erhöhte Temperaturen, korrosive Medien (z. B. Kühlmittel), mechanische Beanspruchungen und oft lange Einsatzdauer. Wichtige Kenngrößen sind die Neutronenwechselwirkungsquerschnitte, die Strahlenbeständigkeit (z. B. Schwellung, Versprödung, Phasenumwandlungen), thermophysikalische Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme) sowie Korrosions‑ und Kriechverhalten.

Ein Kernbrennstoff wie UO₂ muss hohe Spaltstoffdichte, gute Dimensionsstabilität und akzeptable Wärmeleitfähigkeit aufweisen, während Hüllrohrwerkstoffe (typisch Zirkoniumlegierungen) geringe Neutronenabsorption, hohe Korrosionsbeständigkeit und Strahlenresistenz bieten müssen. Strukturwerkstoffe von Reaktordruckbehältern sind in der Regel niedriglegierte Stähle, deren strahlungsinduzierte Versprödung ein zentrales Sicherheitskriterium darstellt.

Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Entwicklung fortgeschrittener nuklearer Werkstoffe, z. B. ODS‑Legierungen, SiC/SiC‑Verbundwerkstoffe oder hochentropische Legierungen, die für Hochtemperatur‑ und Generation‑IV‑Reaktoren geeignet sind. Parallel gewinnen Werkstoffe für die Langzeitstabilisierung von hochradioaktiven Abfällen, etwa glasbildende Systeme und korrosionsbeständige Behältermaterialien, an Bedeutung.