Cykl paliwowy (cykl paliwowy reaktorów jądrowych) – zamknięty lub otwarty system operacji i procesów technologicznych, obejmujący wydobycie rud zawierających materiały rozszczepialne, ich transport, wytwarzanie paliwa jądrowego, wypalanie paliwa w reaktorze jądrowym oraz przetwarzanie i składowanie odpadów promieniotwórczych.
Wyróżnia się cykl paliwowy: zamknięty, w którym z paliwa zużytego odzyskuje się niewypalone materiały rozszczepialne, stosowane ponownie do wytwarzania elementów paliwowych otwarty, w którym wypalone paliwo jest składowane (z zachowaniem możliwości przyszłego wykorzystania)
thumb|450px|Schemat cyklu paliwowego (wzrost nasycenia czerwienią oznacza zwiększenie promieniotwórczej aktywności materiałów)
Klasyfikacja według rodzaju reaktorów oraz stosowanego paliwa rozszczepialnego lub paliworodnego obejmuje cykle paliwowe: uranowy (reaktor na neutrony termiczne, czyli spowolnione, uran U-235 jako paliwo) uranowo–plutonowy (reaktory prędkie, czyli powielające, pluton Pu-239 jako materiał rozszczepialny i uran U-238 jako materiał paliworodny) torowo–uranowy (reaktory termiczne, tor Th-232 jako materiał paliworodny, uran U-233 jako paliwo)