O plutônio é um elemento químico do grupo 3 (metais de transição) que pertence ao sétimo período da tabela periódica. Trata-se de um elemento pesado e artificial, subproduto do uso do urânio pelas usinas nucleares. Os isótopos do plutônio são: Pu-238 (meia-vida de 88 anos), Pu-239 físsil (meia-vida de 24 mil anos), Pu-240 fértil (meia-vida de 6.500 anos), Pu-241 físsil (meia-vida de 14 anos) e Pu-242 (meia-vida de 37.600 anos).
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.
O reator de plutônio fast breeder reactor (FBR, que em português significa reator rápido realimentado) Monju, localizado na costa oeste do Japão, sofreu um dos acidentes mais sérios da indústria do desenvolvimento dos FBRs, em 1995. Vazaram do circuito secundário entre uma e três toneladas de sódio líquido, material altamente corrosivo usado para resfriar o reator. Embora não tenha ocorrido liberação de material radioativo para o meio ambiente, funcionários do governo japonês admitiram ter havido risco de explosão, causando choque na população, na indústria nuclear e no governo no Japão. Atualmente, o programa japonês de reatores a plutônio está sob questionamento popular. Apesar disso, o grande envolvimento político e financeiro do governo com a tecnologia do plutônio nos últimos anos deixa sérias dúvidas quanto a uma reversão dessa política em decorrência do acidente de Moju.
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.