В настоящее время сотрудничество России и Казахстана строится по нескольким направлениям: совместная добыча урана, обогащение урана, поставки топлива для исследовательского реактора, обращение с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО), исследовательские ядерные технологии, газонефтехимия, вывод из эксплуатации ядерно- и радиационно- опасных объектов на территории Казахстана. Одним из перспективных направлений возможного сотрудничества является строительство АЭС.

В 2006 году была подписана Комплексная программа казахско-российского сотрудничества в области использования атомной энергии в мирных целях. В 2009 году ГК «Росатом» и АО «НАК «Казатомпром» подписали Дорожную карту дополнительных мер по реализации Комплексной программы в части совместных проектов по производству природного урана, обогащению урана, проектированию и сооружению объектов атомной энергетики на территории Республики Казахстан.