Известны месторождения урана магматического, пегматитового, гидротермального, инфильтрационного и осадочного происхождения. Наиболее распространены гидротермальные и инфильтрационные образования.
В магматическом процессе при кристаллизации магм главная масса урана отжимается в остаточный расплав. Уран, остающийся в магме после отделения остаточных расплавов, рассеивается в массе породы. Наибольшим содержанием урана характеризуются кислые и щелочные породы. Основные и ультраосновные содержат уран в очень малых количествах. Обычно уран в магматических породах рассеян в породообразующих минералах (40—60% от общего количества) или сосредоточен в акцессорных минералах (монацит, циркон, эвдиалит и пр.). Собственные минералы он образует очень редко.
В пегматитовом процессе уран также не является типичным элементом. В кислых гранитных пегматитах кристаллы уранинита иногда встречаются совместно с минералами лития, ниобия, тантала. Они могут представлять некоторый промышленный интерес как попутные компоненты при разработке пегматитов на литий, тантало-ниобаты, слюду или керамическое сырье.
Относительно крупные концентрации урана в пегматитах образуются только в специфических условиях, определяющих быструю кристаллизацию вещества или возможность связывания урана относительно менее подвижными титаном и железом.
В гидротермальном процессе уран проявляется преимущественно в низкотемпературных формациях.
К скарновой формации может быть отнесено единственное в мире урановое месторождение Мери-Кетлин в Австралии, небольшое по запасам.
Наиболее вероятной формой переноса урана в гидротермальном процессе считаются комплексные уранил-карбонатные ионы. Предполагается, что причинами разрушения этих комплексов и выделения из растворов минералов урана являются восстановительные реакции с вмещающими породами или дегазация рудоносных растворов (падение давления и уменьшение растворимости СО2).
В экзогенных процессах уран весьма подвижен в поверхностных кислородсодеряшщих водах. В воды он попадает как при разрушении эндогенных месторождений, так и в основном за счет размыва гранитных массивов и других пород, содержащих рассеянный уран (при размыве 1 км3 гранита в раствор может перейти до 10 тыс. т урана).
Основными процессами осаждения урана в экзогенных условиях являются процессы восстановления, ведущие к выпадению нерастворимых соединений четырехвалентного урана, а также сорбция урана органическими веществами или глинистыми минералами. Часто эти процессы проявляются совместно, так как органика является одновременно и хорошим сорбентом, и сильным восстановителем.
Среди экзогенных месторождений урана выделяют инфильтрационные, образованные путем осаждения урана из грунтовых вод, циркулирующих по ранее сформированным пористым породам, и собственно осадочные, в которых выпадение урана из раствора происходит одновременно с формированием осадочной породы. Инфильтрационные урановые месторождения распространены в природе значительно шире осадочных.
Предполагается, что в раннем протерозое, в условиях бескислородной атмосферы уран мог мигрировать в поверхностных водах путем механического переноса минералов и образовывать россыпи. Именно таким образом трактуется большинством исследователей генезис древних ураноносных конгломератов месторождений Блайнд-Ривер (Канада) и Витватерсранд (ЮАР).
В фанерозое, в условиях кислородного режима миграция урана могла происходить только в растворенной форме. На особенности миграции и концентрации урана в фанерозое большое влияние должны были оказывать локальные и глобальные (для различных периодов) климатические изменения. В целом влажный (гумидный) климат благоприятствовал выносу и рассеиванию урана, а аридный (сухой) его концентрации.
Наиболее крупные урановые провинции мира располагаются на территориях США и Канады, ЮАР, Намибии, Заира, Габона и Нигера, Австралии и Аргентины.