核反應爐使用的燃料，主成份是鈾元素的兩個同位素，鈾238和鈾235，其中容易透過核分裂產生能量的是鈾235，在天然鈾礦裡，鈾235的佔比不超過0.7%，經過濃縮後，生產出濃度5%以下的「低濃縮鈾」，才能作為核電廠的燃料。
核燃料裡的鈾235，在反應爐中經過核分裂反應後，濃度降低，成為「用過核燃料」，但其中仍含有大量未被利用的鈾238。行波反應爐的概念，就是讓鈾238吸收中子後轉化為可分裂的鈽239，再由鈽239繼續分裂，產生能量。
燃料（鈾238）在行波爐裡，「吸收中子、轉化、核分裂」的這個過程，就像點燃一炷香，燃燒區會自行緩慢地往下推進，不需要外力介入。這個「燃燒波」前進的速度，非常緩慢，一年約只有1公分左右，因此，可以數十年不用打開反應爐換燃料。
這樣的設計，在核能最受關注的三個議題上都有改進：燃料長期密封在爐內不需取出，降低核災風險；大量消耗鈾238，每度電產生的核廢料約只有傳統輕水爐的五分之一；啟動後不再依賴濃縮鈾，也不需分離鈽，降低核擴散的風險。
然而，行波爐至今仍停留在理論階段，從未建造。2026/3/4，取得建廠執照，同屬 TerraPower 公司開發的 Natrium 反應爐雖然也會將部分鈾238轉化利用，但無法以此自行維持運轉，需要濃度較傳統核燃料更高（近20%）的「高純度低濃縮鈾」作為主要運轉燃料，而且每12個月就要換料一次；「數十年不換料、不需濃縮」、降低「核災、核廢、核擴散」風險的核心理想，並未實現。