Los residuos de alta actividad son aquellos que contienen concentraciones apreciables de radionucleidos emisores alfa de vida larga y/o emisores beta-gamma con periodos de semidesintegración superiores a 30 años, que pueden generar calor por efecto de la desintegración radiactiva, dada su elevada actividad específica, por lo que permanecen activos durante escalas temporales muy prolongadas. Se incluye en esta categoría el combustible gastado descargado de los reactores nucleares, una vez que se ha decidido que no va a ser reprocesado, y los residuos vitrificados producidos en el reproceso del mismo.

De acuerdo con la estrategia de gestión establecida en el PGRR, en la gestión del combustible gastado se distinguen 2 etapas: el almacenamiento temporal (o intermedio) y el almacenamiento definitivo. Con respecto al almacenamiento temporal, el combustible gastado será almacenado inicialmente en húmedo (en piscinas de combustible gastado) y a continuación en seco (en contenedores) hasta la puesta en marcha de un almacenamiento geológico profundo (AGP), donde se almacenará definitivamente. Para el caso de los residuos de alta actividad procedentes del reprocesado del combustible gastado, la estrategia de gestión es similar, una fase de almacenamiento temporal hasta la disponibilidad de un AGP, en la que se almacenarán también otros residuos radiactivos que, por sus características radiológicas, no son aptos para su gestión definitiva en una instalación de almacenamiento en superficie, como la existente en España para los residuos de media y baja actividad.