Làm giàu uranium là một quá trình kỹ thuật phức tạp nhằm tăng tỷ lệ đồng vị uranium-235 trong nguyên liệu uranium tự nhiên. Trong tự nhiên, thành phần chính của uranium là uranium-238 (khoảng 99,3%) và chỉ có khoảng 0,7% là uranium-235 – đồng vị duy nhất có khả năng duy trì phản ứng phân hạch dây chuyền. Tuy nhiên, với tỷ lệ tự nhiên quá thấp, uranium-235 không đủ để duy trì hiệu quả các phản ứng trong lò phản ứng hạt nhân dân dụng hoặc chế tạo vũ khí hạt nhân. Vì vậy, quá trình làm giàu sẽ tăng tỉ lệ uranium-235 lên mức từ 3-5% cho các lò phản ứng điện hạt nhân, hoặc lên trên 90% đối với uranium dùng trong vũ khí.

Các phương pháp chủ yếu để làm giàu uranium bao gồm khuếch tán khí và ly tâm khí. Quá trình phổ biến hiện nay là sử dụng máy ly tâm khí, thường dùng hợp chất uranium hexafluoride (UF6). Khí này được quay trong các trục ly tâm tốc độ rất cao, tạo ra sự phân chia giữa các phân tử chứa uranium-235 nhẹ hơn và uranium-238 nặng hơn. Dãy hàng ngàn máy ly tâm sẽ dần dần tách uranium-235 ra thành dòng có nồng độ tăng dần. Đây là công nghệ có hiệu suất cao, tiêu thụ ít năng lượng hơn so với phương pháp khuếch tán khí trước đây. Các quá trình làm giàu được kiểm soát nghiêm ngặt bởi các tổ chức quốc tế như Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) để đảm bảo không bị lạm dụng vào mục đích chế tạo vũ khí hạt nhân.

Việc làm giàu uranium không chỉ đặt ra những thách thức về mặt kỹ thuật mà còn liên quan đến các vấn đề an ninh, chính trị và môi trường. Mỗi quốc gia khi phát triển công nghệ này đều phải chứng minh tính minh bạch và mục đích hòa bình, đặc biệt do nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân. Ngoài ra, quá trình làm giàu còn tiềm ẩn rủi ro về rò rỉ hóa chất độc hại như UF6 và chất thải phóng xạ sau đó cần được xử lý nghiêm ngặt. Tuy nhiên, nếu được quản lý chặt chẽ, uranium làm giàu đóng vai trò trung tâm trong phát triển nguồn năng lượng sạch, ổn định cho nhiều quốc gia, đồng thời cũng là tiêu điểm cho các cam kết giải trừ quân bị toàn cầu.