核燃料元件，是核反应堆中以核燃料为主要成分，拥有独立结构的最小单元，若干核燃料元件可以组成核燃料组件。
　　核燃料元件的制造过程是，铀矿勘探开采、破碎研磨、萃取纯化，获得铀化学浓缩物，转化为六氟化铀，采用气体扩散法、气体离心法等工艺使铀235丰度提高，制造核燃料元件，再组装为核燃料组件，以提高输出功率，降低装卸难度。
　　核燃料元件种类多样，按照材料来划分，可以分为金属型核燃料元件、陶瓷型核燃料元件、弥散型核燃料元件等；按照形状来划分，可以分为棒状、球状、板状等。
　　金属型核燃料元件具有导热率高、易裂变、原子密度高等优点，但熔点较低、抗辐射较弱，通常应用在低温核反应堆中；陶瓷型核燃料元件具有熔点高、高温稳定性好等优点，但导热率、材料密度较低，可以应用于高温核反应堆；弥散型核燃料元件将核燃料均匀弥散在非裂变的金属或非金属材料中，具有优良高温稳定性，适合用于高温核反应堆。
　　核反应堆裂变反应发生在核燃料元件之中，核燃料元件是核反应堆的核心组成部分。核燃料元件工作环境特殊，由于核燃料具有放射性、核裂变会产生大量热量，其性能要求极为苛刻。核燃料元件是维护核反应堆安全运行的首道屏障，直接影响核电站是否能够安全、可靠运行，不允许存在泄露情况。因此，核燃料元件在材料选择、产品设计、制造工艺等方面要求严格，通常开发时间长、研发费用高。
　　我国核工业发展迅速，根据国家能源局数据显示，2023年，我国核电装机容量5691万千瓦，同比增长2.4%。同时我国政策还在大力推动核能综合利用，除发电应用外，还包括供暖、供汽、海水淡化等应用。在此背景下，我国核燃料元件需求旺盛。
　　我国于2024年2月1日正式施行的新版《产业结构调整指导目录（2024年本）》，鼓励类项目核能板块包括核燃料生产加工，高性能核燃料元件、MOX元件、金属元件制造被列入其中。我国于20世纪50年代成立的中核北方核燃料元件有限公司，是国内首座核燃料元件生产企业，其于2023年12月建成全球首条工业规模高温气冷堆核燃料元件生产线。