한국과 미국의 핵연료주기 협력은 원전수출 경쟁력 강화와 핵비확산 및 원자력안전에 대한 영향력 확대 뿐만 아니라 사용후핵원료의 회수를 위한 기술 개발을 위해서 필요하다. 
한미 핵연료주기 협력이 실현될 경우, 한·미 모두 원전수출 경쟁력이 강화될 뿐 아니라, 핵비확산과 원자력안전에 대한 영향력도 확장될 것이다. 이와 관련하여, 최근 신규 원전국들이 소규모 원전 도입을 추진하면서 사용후핵연료 관리 부담을 줄이기 위해 핵연료의 리스방식을 선호하고 있으므로, 이에 대응하기 위해 사용후핵연료의 회수(테이크백) 가능성을 모색해야 한다. 사용후핵연료 회수는 신흥 원전국의 재처리 추구를 방지하여 핵확산 문제를 봉쇄하는 데 탁월한 효과가 있다. 따라서 사용후핵연료 회수를 가능케 하는 첨단 재처리기술을 개발하기 위해 한·미 양국의 협력이 필요하다.