O plutônio é um dos elementos mais radiotóxicos e perigosos de que se tem notícia. A inalação ou ingestão de um milésimo (0,0001) de grama de plutônio é fatal. As usinas nucleares geram plutônio para produzir eletricidade, e o elemento fica contido no combustível nuclear irradiado (INF, do inglês irradiated nuclear fuel), que resulta da operação de um reator nuclear. O INF é quimicamente dissolvido em “usinas de reprocessamento”, onde o plutônio é separado de outro lixo atômico contido no combustível. Embora o plutônio seja usado na construção de armas, houve várias tentativas de empregá-lo como combustível em reatores nucleares.
O reprocessamento do plutônio gera um imenso volume de lixo atômico. Parte do lixo é descarregada diretamente no ar, no solo e no mar, com riscos para o meio ambiente e a saúde pública. Substâncias químicas, equipamentos e outros materiais envolvidos no reprocessamento ficam contaminados pela radioatividade do combustível reprocessado. Ao final, o reprocessamento gera um volume de lixo atômico até 189 vezes maior do que o contido no combustível original. O Mar da Irlanda é a área mais contaminada por radiação em todo o mundo, devido a despejos radioativos da usina de reprocessamento de Sellafield, na Inglaterra.
Na Alemanha, o FBR Kalkar gerou controvérsias. Após 16 anos de construção e 7 bilhões de marcos investidos, o reator foi fechado definitivamente em 1991, sem nunca ter funcionado. Em 2011 foi detectado plutônio no solo da usina nuclear de Fukushima, no Japão. A presença de isótopos de plutônio 238, 239 e 240 no solo, em cinco lugares da central nuclear de Fukushima, onde vazou água carregada de componentes radioativos dos prédios dos reatores, provocou temores de uma contaminação maciça devido à alta toxicidade desse metal.