天然铀由三种同位素组成。分别是铀234、铀235和铀238。其中，铀234是铀238的衰变产物，其浓度与铀238成固定比例。铀235的浓度与铀238的含量无关。由于铀238和铀235的衰变速度不同，天然铀的同位素组成随时间发生变化。
这具有重大的影响
20亿年前，在今天加蓬的奥克洛，存在一个由普通水慢化的天然反应堆。在那个年代，天然铀的铀235含量为3%，这与发电站沸水堆核燃料中的浓度相同。
今天，天然铀的铀235浓度只有0.72%。在普通水中，链式反应是不可能的。需要使用重水或富集铀235。
如果在太阳变成红巨星之前，几十亿年后，我们的太阳系中存在智慧生命，他们将很难利用核裂变，因为铀235的浓度会非常低。
同位素组成的变化可以根据以下描述计算
铀235的量随时间t的变化
铀238的量随时间t的变化
铀234的量随时间t的变化
下表列出了天然铀同位素的丰度和半衰期值
| 同位素 |
丰度 |
半衰期 |
| 铀238 (U238) |
99.27390% |
45.1亿年 |
| 铀235 (U235) |
0.7205% |
7.1亿年 |
| 铀234 (U234) |
0.0056% |
25.4万年 |
铀235在时间t时的浓度
铀238在时间t时的浓度
时间 t 时铀 234 的浓度
天然铀的成分随时间的变化
| 时间（百万年） |
铀 238 |
铀 235 |
铀 234 |
| -5000 |
69.26852 % |
30.72757 % |
0.00391 % |
| -4500 |
77.27535 % |
22.72029 % |
0.00436 % |
| -4000 |
83.68689 % |
16.30839 % |
0.00472 % |
| -3500 |
88.55684 % |
11.43817 % |
0.00500 % |
| -3000 |
92.10948 % |
7.88532 % |
0.00520 % |
| -2500 |
94.62553 % |
5.36913 % |
0.00534 % |
| -2000 |
96.37030 % |
3.62426 % |
0.00544 % |
| -1500 |
97.56263 % |
2.43187 % |
0.00550 % |
| -1000 |
98.36929 % |
1.62516 % |
0.00555 % |
| -500 |
98.91133 % |
1.08309 % |
0.00558 % |
| 今天 |
99.27390% |
0.72050 % |
0.00560 % |
| 500 |
99.51568 % |
0.47871 % |
0.00561 % |
| 1000 |
99.67658 % |
0.31780 % |
0.00562 % |
| 1500 |
99.78351 % |
0.21086 % |
0.00563 % |
| 2000 |
99.85451 % |
0.13986 % |
0.00563 % |
| 2500 |
99.90162 % |
0.09274 % |
0.00564 % |
| 3000 |
99.93287 % |
0.06149 % |
0.00564 % |
| 3500 |
99.95360 % |
0.04076 % |
0.00564 % |
| 4000 |
99.96734 % |
0.02702 % |
0.00564 % |
| 4500 |
99.97645 % |
0.01791 % |
0.00564 % |
| 5000 |
99.98249 % |
0.01187 % |
0.00564 % |
