重水反應堆用天然鈾作燃料，後備反應性小，換料較頻繁，只有採用不停堆換料，才能使機組的年度利用因子保持經濟上的競爭性。
在重水堆的兩端，各有一台換料機，來完成不停堆換料操作。當某根壓力管內的燃料需要更換時，一台換料機處於裝料位置，另一台則處於卸料位置。處於裝料位置的換料機內裝有新的燃料棒束,由逆冷卻劑流向推入，堆內相對應壓力管道內的乏燃料棒束即被推入另一端處於卸料位置的換料機內。整個操作由電子計算機來完成。
換料操作過程：
採用不停堆換料的堆型主要有坎杜（CANDU）型重水堆，現以秦山三期核電廠為例介紹換料操作過程。
主要換料程式如下：
(1)秦山三期核電廠每座反應堆共有380條水平設定的燃料通道，每條通道內容納12個燃料棒束。物理人員定期地，一般每兩天一次，進行燃耗計算，並將計算結果與堆芯內中子探測器的線上測量數據進行比較，從而確定達到或接近換料要求燃耗值的通道數目和位置。
(2)主控制室操縱員根據運行工況和下面介紹的成對進行換料的原則，從物理人員給出的候選通道中決定實施換料的通道數目、位置和次序。
(3)在堆的兩端，各有一台換料機。換料操作員將兩端換料機均與指定的某一通道連線，一台換料機從冷卻劑的入口端將8個新燃料棒束逐一推進堆芯，乏燃料棒束則依次從冷卻劑的出口端擠出堆芯並進入另一台換料機內的存放機構中。然後，換料裝置與已換料的通道脫扣。該通道的換料即告結束。
如前所述每條燃料通道內可容納12個燃料棒束，而每次換料每條燃料通道只推入8個新燃料棒束，這使得處於燃料通道中間段的4個棒束在堆內只停留一個換料期，而處於兩端部的各4個棒束將會在堆內停留兩個換料期，使所有卸出的燃料棒束有較均勻的燃耗。為了避免全堆380條燃料通道內新燃料都處於堆的同一端，而已燃耗一個周期的燃料集中於堆的另一端，從而造成全堆功率分布沿水平軸的傾斜，在設計上把38條燃料通道分成兩組，兩組通道內冷卻劑流向相反，兩組通道可以從相反方向換料，使換料可能造成的功率分布的影響減至最小。這種方式換料一般要求在成對的相鄰的且冷卻劑流動方向相反的兩個通道一併進行。
為了遵從這種成對換料原則，在完成上述第一條通道的換料後，兩台換料機隨後將接入其對應的另一通道，該通道冷卻劑流動方向與上述前一通道相反，進行同樣的操作，只是燃料棒束進出堆芯的方向相反。
卸出的乏燃料運輸至儲存水池中並存放于格架上。
