燃料组件是核反应堆的核心部件，由燃料棒按15×15或17×17等矩形排列构成，包含上下管座、定位格架、控制棒导向管等结构。其主要采用二氧化铀陶瓷芯块封装于锆合金包壳管的设计，部分型号配装铬涂层包壳或碳化硅材料提升耐事故性能。压水堆燃料组件多采用15×15或17×17阵列，单组件含264-312根燃料棒，全高3500-4570毫米；沸水堆组件为8×8排列，重水堆燃料棒束则由19-43根燃料元件组成外径约100毫米的组件。

一般燃料组件在反应堆中使用3～5年的时间，处于强中子场中，经受高温、高压、高流速冷却剂的冲刷，同时承受裂变产物化学作用和复杂的机械载荷，工作条件十分苛刻。