카이스트 원자력 및 양자공학과에서는 원자로에서 타고남은 우라늄/플루토늄 자원의 재활용을 통한 자원 이용률의 극대화 기술, 핵 확산저항성이 높은 사용 후 핵연료의 처리 기술, 그리고 평화적인 원자력 에너지 이용의 마지막 관문이랄 수 있는 방사성폐기물의 안전 처분 기술 등을 개발하고 있다. 이를 위해 과학기술에 기반을 둔 핵 확산저항성이 강화된 사용 후 핵연료 파이로 건식처리 기술과 방사성폐기물의 장기 안전기술 개발 등 핵연료주기 기술 개발에 역점을 두고 있다. 이는 기존 기술의 한계를 극복하고 보다 획기적이고 괄목할만한 기술 개발과 미래에 대한 과학기술적 옵션을 확보하여 환경친화적인 원자력 에너지를 구현하기 위함이다. 사용 후 핵연료와 방사성폐기물의 안전 관리는 과학기술의 이슈인 동시에 정치·사회·문화적인 이슈이므로 원자력에 대한 국민수용성 증진과 사회적 합의를 조화롭게 도출할 수 있는 과학기술정책과 그 방법론 개발에도 전력을 기울이고 있다. 아울러, 핵연료주기 연구개발을 주도하고 관련 산업을 뒷받침하며 국가 과학기술 정책을 입안하고 결정하는데 중추적 역할을 담당할 과학기술 인력양성에도 매진하고 있다.