Estado físico: en función de su estado físico, los residuos se clasifican en sólidos, líquidos y gaseosos. Este criterio es importante por el distinto tratamiento o acondicionamiento que reciben los residuos radiactivos según sea su estado físico. En la gestión para el almacenamiento definitivo, a fin de garantizar el confinamiento del residuo, éste se ha de presentar en estado sólido.  Cuando la vía prevista de gestión sea mediante el vertido autorizado, lo más usual es que los residuos se presenten en forma líquida o gaseosa, lo que a su vez posibilita la aplicación de factores de dilución.

Composición química: resultando básico el garantizar la estabilidad química del residuo, a fin de evitar tanto posibles reacciones químicas como también las acciones físicas que puedan facilitar su movilidad y dispersión.

Tipos de radiación emitida: La tranformación de los radionucleidos contenidos en los residuos radiactivos puede venir acompañada de la emisión de diferentes tipos de radiación. Desde este punto de vista, los residuos radiactivos se clasifican por la emisión de uno o más de los siguientes tipos de radiaciones: alfa, beta y gamma. Ocasionalmente, en determinados tipos de residuos también se puede presentar emisión de neutrones.

Cada tipo de radiación interacciona de modo distinto con la materia, presentado diferentes capacidades de penetración en los medios materiales, lo que condiciona el tipo de barreras o blindajes de protección. 

Período de semidesintegración: La actividad decrece con el tiempo, donde, para un tipo de radionucleido determinado, su período de semidesintegración es el tiempo que ha de transcurrir para que la actividad pase a ser la mitad de la que se tenía inicialmente. En función del período de semidesintegración de los radionucleidos contenidos en el residuo, se puede hacer la siguiente clasificación:

a) Residuos radiactivos de "vida corta", que suele aplicarse cuando los radionucleidos contaminantes del residuo tienen un período de semidesintegración inferior a 30 años. Este rango de tiempo es adecuado para la clasificación en función del tipo almacenamiento final del residuo. No obstante, para posibles procesos previos al almacenamiento definitivo, como podría ser el propio proceso de desclasificación del residuo, este rango de tiempo es demasiado amplio, por lo que se suele introducir más subclasificaciones en función del período de semidesintegración.

b) Residuos radiactivos de "vida larga", tratándose de los residuos contaminados con radionucleidos cuyo período de semidesintegración es superior a 30 años.

Para el caso de residuos de "vida corta", un plazo de 300 años garantiza que al menos habrán pasado 10 períodos de semidesintegración, lo que garantiza que la actividad final habrá decrecido al menos a la milésima parte de la actividad inicial. Por contra los de "larga vida" pueden necesitar de tiempos de confinamiento superiores a un millón de años, lo que obliga a que el medio para su almacenamiento definitivo tenga que garantizar una adecuada estabilidad y funcionalidad a muy largo plazo.

Actividad específica, siendo la actividad por unidad de masa de residuo. Desde el punto de vista de la protección radiológica , es  uno de los parámetros más importante para la clasificación de los residuos, condicionando el tipo de gestión a que se ha de someter y las barreras o apantallamientos a aplicar. Además, suele ser el parámetro que se utiliza para determinar los casos en que se puede aplicar la desclasificación de un residuo, dejando pues de tener la consideración de radiactivo.

Radiotoxicidad del radionucleido contaminante. Dentro de la evaluación del impacto ambiental asociado a los distintos tipos de gestión de los residuos radiactivos, se estima la incorporación de actividad para el individuo más afectado, siendo el llamado individuo crítico. La dosis comprometida por unidad de actividad incorporada depende tanto del tipo de radionucleido como también de su forma química, la cual condiciona la cinética y el metabolismo tras su incorporación.