Mae gwastraff niwclear (neu wastraff ymbelydrol) yn cynnwys deunydd ymbelydrol o wahanol lefelau ac sydd fel arfer yn achosi cancr. Caiff ei greu mewn atomfa ac mae'n isgynnyrch y broses a elwir yn ymasiad niwclear (sef y dull o greu ynni niwclear ar ffurf trydan). Mae'r gwastraff hwn hefyd yn cynnwys elfennau ymbelydrol megis wraniwm neu blwtoniwm allan o fomiau niwclear wedi'u datgomisiynu ac yn boen meddwl i'r gwyddonydd a'r gwleidydd gan nad oes unrhyw ddull dan haul, hyd yma, i'w storio'n saff. Mae rhai diwydiannau nad ydynt yn gysylltiedig â'r diwydiant niwclear hefyd yn cynhyrchu peth gwastraff niwclear a elwir yn "isel" o ran ei ymbelydredd.
Mae'r ymbelydredd yn lleihau dros amser, fel nad ydyw'n beryglus ar ôl rhyw gyfnod, a all olygu ychydig oriau (mewn meddygaeth) neu filoedd o flynyddoedd - mewn deunyddiau lefel uchel ee mae hanner oes Plwtoniwm-244 yn 80 miliwn o flynyddoedd. Yn fyr, ceir tair lefel o radioegniaeth:
Mae gwastraff lefel uchel (GLU) yn cael ei greu gan adweithyddion niwclear ac yn cynnwys cynnyrch yr ymholltiad niwclear ac elfennau fel wraniwm (yr elfennau Transwranig) ac sydd fel arfer yn boeth. Mae GLU yn 95% o holl wastraff niwclear. Caiff 12,000 tunnell fetrig ohono ei greu pob blwyddyn ledled y byd (cymaint â 100 bws deulawr ar ben ei gilydd).[2] Tan yn ddiweddar roedd y ddau adweithydd yn Wylfa 1000-MW yn cynhyrchu tua 27 tunnell o wastraff pob blwyddyn; sy'n dal i gael ei storio yno, heb ei "buro".[3]
Yn Unol Daleithiau America, mae dau draean o wastraff niwclear y wlad yn cael ei storio yn Hanford, "the most contaminated nuclear site in the United States"[4][5]