金属ウランや金属プルトニウムあるいはその合金をそのまま原子炉の燃料としたものである。例えば、天然ウランの金属燃料を用いたものとしては、イギリスのガス冷却炉（コルダーホール）、濃縮ウランをアルミニウム地あるいはシリコン地へ分散させた分散型燃料を用いた材料試験炉、Ｚｒ—Ｕ—Ｈ合金燃料のＴＲＩＧＡ型炉、さらにＵ—Ｐｕ—Ｚｒの金属プルトニウム燃料を用いた高速炉ＥＢＲ—２等がある。