铀同位素分离，是指从铀235含量较低的铀同位素混合物中，分离提取得到铀235含量较高的铀同位素混合物的技术。
　　铀235（U-235），放射性同位素，是一种重要的核燃料，能够发生可控裂变。天然铀中，铀235的含量通常在0.7%左右，无法直接用作核燃料，需要与其他同位素分离，使铀235浓度提高。在核电站中，铀235的丰度需要达到3%。铀同位素分离在核电站用核燃料制备领域地位重要。
　　天然铀中，主要成分是铀238，为提高铀235浓度，可以采用气体扩散法、气体离心法、喷嘴法、化学交换法、激光法等铀同位素分离方法进行浓缩。现阶段，具有工业价值、能够实现规模化应用的铀同位素分离技术主要是气体扩散法、气体离心法、激光法。
　　气体扩散法较早被开发问世，以天然铀转化的六氟化铀（UF6）气体为原料，基于不同气体分子质量不同热运动速率存在差异的原理，利用扩散膜对六氟化铀气体进行分离，其中质量较轻、速率较快的铀235通过扩散膜几率更大，以此实现铀同位素分离、铀235富集，此法技术成熟，但能耗高、成本高。
　　气体离心法同样以六氟化铀气体为原料，基于气体分子质量不同压强分布存在差异的原理，利用高速离心机，在离心力作用下，分子质量较轻的铀235聚集在转子周围，而分子质量较重的铀238则在距离转子较远的地方聚集，以此实现铀同位素分离、铀235富集，此法可以获得高浓度铀235，与气体扩散法相比能耗大幅降低，但设备研制难度大。
　　激光法，基于不同原子/分子吸收光谱存在差异、激光束对同位素原子/分子具有选择性激发特性的原理，利用特定波长的激光选择性激发铀235，再采用物理或化学方法将铀235从铀同位素混合物中分离出来，以此实现铀同位素分离、铀235富集，此法技术难度大，但法成本低、能耗低、铀235分离效率高，多个国家将其视为铀同位素分离新技术，相关研究成果不断增多。
　　我国核工业发展迅速，核电站相关技术与装备开发制造能力已经达到国际先进水平，核电装机容量不断增大，核能综合利用技术路线日益多样化，在此背景下，核燃料需求持续增长，铀同位素分离重要性突出。我国铀矿勘探能力不断提升，铀矿已探明储量不断增多，因此国家对铀同位素分离行业发展极为重视，新版《产业结构调整指导目录（2024年本）》，将先进的铀同位素分离技术开发与设备制造列为鼓励类项目。