Os resíduos radioativos ou "lixo atômico", são formados por resíduos com elementos químicos radioativos que não têm um propósito prático. São frequentemente um subproduto do processo nuclear, como a fissão nuclear. O resíduo também pode gerar-se no processamento de combustível nuclear para os reatores ou armas nucleares e em aplicações médicas de diagnósticos radiológicos na medicina nuclear. Os resíduos radioativos são perigosos para a maioria das formas de vida e ao ambiente, e são regulados por organizações governamentais de maneira a que possa ser protegida a saúde humana e o ambiente.

A destinação do resíduo radioativo é um dos problemas mais sérios resultantes do uso da fissão nuclear para a geração de energia elétrica. Existe ainda a possibilidade de deterioração destes resíduos por meio de raios altamente ionizantes, mas estes tem alto custo.

O maior perigo apresentado pelo lixo atômico é sua radioatividade, tóxica e cancerígena, mesmo em quantidades pequenas.

Tecnologias emergentes, como a bateria de diamante, tornariam possível a reciclagem destes resíduos.