يتمثل تخصيب اليورانيوم أساسًا في زيادة نسبة نظائر اليورانيوم-235، وهو النظير المشع القادر على الانشطار الذاتي عند تعرضه لانتشار النيوترونات. هذه العملية حاسمة في إنتاج الوقود المستخدم لأجهزة التفاعل النووي مثل تلك الموجودة في محطات الطاقة النووية وبعض الأسلحة النووية.

في عملية التخصيب، يتم فصل جزئيات اليورانيوم-238 عن الجزئيات الأكثر ندرة من اليورانيوم-235 باستخدام تقنيات مختلفة. الطريقة الأكثر شيوعا هي طريقة الغاز المركزي، التي تشمل تبخير غاز يورانيوم هيكسافلورايد وتحويله إلى ذرات فردية بواسطة تدفق الهواء قبل إعادة ترسيبه كيورانيوم ثنائي أكسيد. ثم، يتم اختيار الجسيمات ذات الوزن المنخفض بشكل انتقائي بناءً على اختلاف طفيف في سرعة الانتشار بين كتلتين متطابقتين ولكن لهما مستويات طاقة مختلفة بسبب عدم استقرارهما الداخلي المختلف.

إلى جانب الاستخدام المدني لتوليد الكهرباء، يمكن أيضا استخدام تخصيب اليورانيوم في صنع المواد اللازمة للأسلحة النووية. ومع ذلك، فإن القدرة على الوصول إلى تكنولوجيا التخصيب تعتبر نقطة حساسة في السياسة الدولية لأنها تعزز قدرة الدول على امتلاك قدرات نووية عسكرية محتملة بالإضافة إلى تطبيقها الصناعي والسلمي.

ومن هنا تأتي أهمية الرصد الدولي للبرامج النووية وتنظيم عمليات التخصيب وفقاً لاتفاقات دولية مثل معاهدة الحد من انتشار الأسلحة النووية (NPT). الهدف الرئيسي لهذه الاتفاقات هو منع انتشار الأسلحة النووية وضمان سلامة وأمن المواد والمرافق النووية العالمية.