Plutonium
Sejumlah besar timbunan plutonium tingkat senjata diproduksi oleh Uni Soviet dan Amerika Serikat selama Perang Dingin. Reaktor-reaktor milik Amerika Serikat di Hanford dan Savannah River Site di Carolina Selatan memproduksi 103 ton plutonium, dan diperkirakan 170 ton lainnya diproduksi di Rusia. Setiap tahun, sekitar 20 ton unsur ini masih diproduksi sebagai produk samping industri tenaga nuklir. Sebanyak 1000 ton plutonium masih dalam penyimpanan, dengan 200 ton di antaranya berada di dalam atau diekstraksi dari senjata nuklir.
Sejak berakhirnya Perang Dunia, timbunan plutonium ini telah menjadi fokus utama proliferasi nuklir. Di Amerika Serikat, beberapa plutonium yang diekstraksi dari senjata nuklir yang telah dibongkar dilebur menjadi dalam bentuk gelondongan gelas plutonium oksida seberat dua ton. Gelas ini dibuat dari borosilikat yang dicampur dengan kadmium dan gadolinium. Gelondongan-gelodongan ini direncanakan ditutup dengan baja dan di simpan di lubang bawah tanah sejauh 4 km yang ditopang oleh beton. Sampai dengan tahun 2008, hanya tempat penyimpanan limbah nuklir Gunung Yucca yang dijadwalkan untuk menyimpan plutonium dengan cara demikian. Berbagai penentangan terhadap rencana ini telah menunda usaha penyimpanan limbah nuklir di Gunung Yucca ini.
Bencana Kyshtym
Setelah Perang Dunia II, Uni Soviet tertinggal di belakang AS dalam pengembangan senjata nuklir, maka ia memulai sebuah program penelitian dan pengembangan yang cepat untuk menghasilkan jumlah uranium dan plutonium yang cukup banyak. Pabrik Mayak dibangun dengan tergesa-gesa antara tahun 1945 dan 1948. Kesenjangan dalam pengetahuan fisikawan Soviet tentang fisika nuklir pada saat itu membuat sulit untuk menilai keamanankarena terlalu banyak keputusan. Kekhawatiran lingkungan tidak dianggap serius selama tahap awal pembangunan. Awalnya Mayak membuang limbah radioaktif tingkat tinggi ke sungai terdekat, yang mengalir ke sungai Ob, mengalir lebih jauh ke Samudera Arktik. Keenam reaktor tersebut berada di Danau Kyzyltash dan menggunakan sistem pendingin siklus terbuka, mengeluarkan air yang terkontaminasi langsung ke danau. Ketika Danau Kyzyltash dengan cepat terkontaminasi, Danau Karachay digunakan untuk penyimpanan di udara terbuka, untuk menjaga kontaminasi limbah dibuang lebih jauh dari reaktor, tapi segera membuat Danau Karachay menjadi "tempat yang paling tercemar di Bumi".