In einem typischen Kernreaktor, der mit Uran-235 betrieben wird, stellt das Vorhandensein von 135Xe als Spaltprodukt Konstrukteure und Betreiber vor Probleme, da es einen großen Neutronenabsorptionsquerschnitt hat. Da die Absorption von Neutronen die Fähigkeit eines Kernreaktors, seine Leistung zu erhöhen, beeinträchtigen kann, sind die Reaktoren so ausgelegt, dass dieser Effekt abgeschwächt wird; die Bediener werden darin geschult, diese Transienten richtig zu erkennen und darauf zu reagieren. Während des Zweiten Weltkriegs vermutete Enrico Fermi die Wirkung von Xe-135 und wandte sich auf Anraten von Emilio Segrè an seinen Schüler Chien-Shiung Wu. Wus bald darauf veröffentlichte Arbeit über Xe-135 bestätigte Fermis Vermutung, dass es Neutronen absorbiert und den B-Reaktor, der in ihrem Projekt verwendet wurde, stört.

Bei stationärem Betrieb mit konstantem Neutronenfluss steigt die 135Xe-Konzentration innerhalb von 40 bis 50 Stunden auf ihren Gleichgewichtswert für diese Reaktorleistung an. Wenn die Reaktorleistung erhöht wird, nimmt die 135Xe-Konzentration zunächst ab, da der Abbrand bei der neuen höheren Leistung erhöht wird. Da 95 % der 135Xe-Produktion aus dem Zerfall von Jod-135 stammt, das eine Halbwertszeit von 6,57 Stunden hat, bleibt die Produktion von 135Xe konstant; an diesem Punkt erreicht die 135Xe-Konzentration ein Minimum. Die Konzentration steigt dann innerhalb von etwa 40 bis 50 Stunden auf das neue Gleichgewichtsniveau (genauer: Steady-State-Niveau) für das neue Leistungsniveau an. In den ersten 4 bis 6 Stunden nach der Leistungsänderung hängen das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Konzentrationsänderung von der Ausgangsleistung und der Höhe der Leistungsänderung ab; die 135Xe-Konzentrationsänderung ist bei einer größeren Leistungsänderung größer. Wenn die Reaktorleistung verringert wird, kehrt sich der Prozess um.

Jod-135 ist ein Spaltprodukt von Uran mit einer Ausbeute von etwa 6 % (wobei auch das Jod-135 gezählt wird, das fast unmittelbar aus dem Zerfall von durch Spaltung erzeugtem Tellur-135 entsteht). Dieses 135I zerfällt mit einer Halbwertszeit von 6,57 Stunden zu 135Xe. In einem in Betrieb befindlichen Kernreaktor wird also kontinuierlich 135Xe produziert. 135Xe hat einen sehr großen Neutronenabsorptionsquerschnitt, so dass das 135Xe in der Umgebung mit hohem Neutronenfluss im Kern eines Kernreaktors bald ein Neutron absorbiert und zu fast stabilem 136Xe wird. So erreicht die 135Xe-Konzentration nach etwa 50 Stunden ein Gleichgewicht, in dem die Erzeugung von 135I durch Zerfall mit der Zerstörung durch Neutronenabsorption ausgeglichen ist.

Wenn die Reaktorleistung verringert oder durch Einsetzen von neutronenabsorbierenden Steuerstäben abgeschaltet wird, verringert sich der Neutronenfluss im Reaktor und das Gleichgewicht verschiebt sich zunächst in Richtung einer höheren 135Xe-Konzentration. Die 135Xe-Konzentration erreicht ihren Höhepunkt etwa 11,1 Stunden nach der Verringerung der Reaktorleistung. Da 135Xe eine Halbwertszeit von 9,2 Stunden hat, sinkt die 135Xe-Konzentration innerhalb von 72 Stunden allmählich auf ein niedriges Niveau ab.

Das vorübergehend hohe Niveau von 135Xe mit seinem hohen Neutronenabsorptionsquerschnitt erschwert das Wiederanfahren des Reaktors für mehrere Stunden. Das neutronenabsorbierende 135Xe wirkt wie ein Steuerstab und reduziert die Reaktivität. Die Unfähigkeit eines Reaktors, aufgrund der Auswirkungen von 135Xe anzufahren, wird manchmal als xenonverhindertes Anfahren bezeichnet, und man sagt, der Reaktor sei „vergiftet“. Der Zeitraum, in dem der Reaktor nicht in der Lage ist, die Auswirkungen von 135Xe zu überwinden, wird als „Xenon-Totzeit“ bezeichnet.

Wenn ausreichende Reaktivitätskontrollbefugnisse zur Verfügung stehen, kann der Reaktor wieder angefahren werden, aber der Xenon-Burn-out-Transient muss sorgfältig gesteuert werden. Wenn die Steuerstäbe herausgezogen werden und die Kritikalität erreicht ist, steigt der Neutronenfluss um viele Größenordnungen, und das 135Xe beginnt, Neutronen zu absorbieren und in 136Xe umzuwandeln. Der Reaktor brennt das nukleare Gift ab. Während dies geschieht, steigen die Reaktivität und der Neutronenfluss, und die Steuerstäbe müssen schrittweise wieder eingesetzt werden, um dem Verlust der Neutronenabsorption durch das 135Xe entgegenzuwirken. Andernfalls nimmt der Neutronenfluss im Reaktor weiter zu, wodurch noch mehr Xenon-Gift verbrannt wird, was zu einem kritischen Zustand führt. Die Zeitkonstante für diese Abbrandtransiente hängt von der Reaktorkonstruktion, dem Leistungsverlauf des Reaktors in den letzten Tagen und der neuen Leistungseinstellung ab. Bei einer typischen Leistungserhöhung von 50 % auf 100 % sinkt die 135Xe-Konzentration für etwa 3 Stunden.

Das Versäumnis, eine Xenon-Vergiftung vorherzusehen und zu bewältigen und den anschließenden Abbrand zu kompensieren, trug zur Katastrophe von Tschernobyl bei; während eines Herunterfahrens auf eine niedrigere Leistung führte eine Kombination aus Bedienerfehlern und Xenon-Vergiftung dazu, dass die thermische Leistung des Reaktors fast auf das Niveau der Abschaltung fiel. Die daraus resultierenden Bemühungen der Besatzung, die Leistung wiederherzustellen, einschließlich der manuellen Entnahme von Steuerstäben, die nicht unter der automatischen Kontrolle des SKALA-Computers standen, brachten den Reaktor in eine höchst unsichere Konfiguration. Ein fehlgeschlagenes SCRAM-Verfahren, das dazu führte, dass die Steuerstäbe auf einem Niveau verklemmt wurden, das die Reaktivität tatsächlich erhöhte, verursachte eine thermische Transiente und eine Dampfexplosion, die den Reaktor auseinander riss.

Reaktoren, die eine kontinuierliche Wiederaufbereitung verwenden, wie viele Salzschmelzenreaktorkonzepte, könnten in der Lage sein, 135Xe aus dem Brennstoff zu extrahieren und diese Auswirkungen zu vermeiden. Flüssigbrennstoffreaktoren können keine Xenon-Inhomogenität entwickeln, da sich der Brennstoff frei mischen kann. Außerdem hat das Molten Salt Reactor Experiment gezeigt, dass das Versprühen des flüssigen Brennstoffs in Form von Tröpfchen durch einen Gasraum während der Rezirkulation dazu führen kann, dass Xenon und Krypton die Brennstoffsalze verlassen. Die Entfernung von Xenon-135 aus der Neutroneneinwirkung führt jedoch auch dazu, dass der Reaktor mehr von dem langlebigen Spaltprodukt Cäsium-135 produziert.