Yksi ydinenergian käytön edellytyksistä Suomessa on ydinmateriaalivalvonnasta huolehtiminen. Ydinmateriaalivalvonta eli safeguards on ydinaseiden leviämisen estämiseksi tarkoitettua toimintaa, jonka perustana ovat kansainväliset sopimukset. Ydinmateriaalivalvonnan juuret johtavat toisen maailmansodan jälkeiseen aikaan, jolloin heräsi ajatus ydinenergian käytön rajoittamisesta rauhanomaisiin tarkoituksiin. Erinäiset tapahtumat ympäri maailmaa ovat antaneet syitä kehitykseen ja toiminnan parantamiseen ja siten vaikuttaneet nykypäivän ydinmateriaalivalvontaan.
Maailmanlaajuisesti ydinmateriaalivalvontaa toteutetaan Kansainvälisen atomienergiajärjestön (International Atomic Energy Agency, IAEA) johdolla. IAEA valvoo ydinsulkusopimuksen toteutumista osana pyrkimystä edistää ydinenergian rauhanomaista käyttöä, säteily- ja ydinturvallisuutta sekä ydinaseriisuntaa. Suomi liittyi IAEA:n jäseneksi pian sen perustamisen jälkeen ja oli ensimmäisiä valtioita, joka allekirjoitti ydinsulkusopimuksen ja siihen liittyvän valvontasopimuksen. Ydinsulkusopimuksen on allekirjoittanut 190 maata, mutta sen ulkopuolella ovat mm. Israel, Intia ja Pakistan. EU:n alueella valvontatyötä tekee myös Euratom, jonka valvonta perustuu Euroopan atomienergiayhteisön perustamissopimukseen vuodelta 1957. Suomessa ydinmateriaalivalvonnan toteutumisesta vastaavat Säteilyturvakeskus (STUK), työ- ja elinkeinoministeriö ja ulkoasiainministeriö.
Vuosien saatossa ydinmateriaalivalvontaa on kehitetty ja valvontaa on laajennettu. Yksi merkittävimmistä syistä valvonnan laajentamiselle oli Irakissa paljastunut ensimmäisen Persianlahden sodan jälkeinen ydinaseohjelma. Tapaus osoitti, että valvonta oli liian rajoittunutta, minkä takia IAEA:n valvontaoikeuksia laajennettiin 2004 voimaan astuneella lisäpöytäkirjalla. Lisäpöytäkirjan nojalla IAEA voi nyt kerätä tietoja maalta itseltään sekä muista avoimista lähteistä, kuten satelliiteista, mediasta ja asiantuntijayhdistyksistä. IAEA:lla on lisäpöytäkirjan nojalla myös oikeus tehdä yllätystarkastuksia ydinaineita käsittelevillä laitoksilla.
Ydinmateriaalivalvonta ei rajoitu pelkästään uraaniin ja plutoniumiin, vaan se kohdistuu myös erilaisiin laitteisiin, ohjelmistoihin ja dokumentaatioon. Nykypäivän ydinmateriaalivalvonnan haasteena onkin tietoaineiston valvominen, sillä kansainvälinen toimintaympäristö ja tietotekniikka mahdollistavat sen entistä helpomman luvattoman leviämisen.
Suomessa ydinvoimalaitoksella ydinmateriaalivalvonta näkyy erilaisina valvontalaitteina, kuten kameroina ja sinetteinä. Tämän lisäksi laitoksella voi nähdä STUKin, IAEA:n ja Euratomin tarkastajia tekemässä tarkastuksia useamman kerran vuodessa. Laitokselta löytyy myös erikseen nimetyt STUKin hyväksymät henkilöt, jotka huolehtivat ydinmateriaalivalvonnan velvoitteista, kuten kirjanpidosta ja raportoinnista.