En un reactor nuclear típico alimentado con uranio-235, la presencia del 135Xe como producto de fisión plantea problemas a los diseñadores y operadores debido a su gran sección transversal de absorción de neutrones. Dado que la absorción de neutrones puede afectar negativamente a la capacidad de un reactor nuclear para aumentar la potencia, los reactores están diseñados para mitigar este efecto; los operadores están formados para anticiparse y reaccionar adecuadamente a estos transitorios. De hecho, durante la Segunda Guerra Mundial, Enrico Fermi sospechó el efecto del Xe-135, y siguió el consejo de Emilio Segrè para ponerse en contacto con su estudiante Chien-Shiung Wu. El artículo de Wu sobre el Xe-135, que pronto se publicaría, verificó por completo la conjetura de Fermi de que absorbía neutrones y perturbaba el reactor B que se utilizaba en su proyecto.

Durante los periodos de funcionamiento en estado estacionario a un nivel de flujo de neutrones constante, la concentración de 135Xe se acumula hasta su valor de equilibrio para esa potencia del reactor en unas 40 o 50 horas. Cuando se aumenta la potencia del reactor, la concentración de 135Xe disminuye inicialmente porque la combustión se incrementa en el nuevo nivel de potencia más alto. Dado que el 95% de la producción de 135Xe procede de la desintegración del yodo-135, que tiene una vida media de 6,57 horas, la producción de 135Xe permanece constante; en este punto, la concentración de 135Xe alcanza un mínimo. A continuación, la concentración aumenta hasta el nuevo nivel de equilibrio (más exactamente, el nivel de estado estacionario) para el nuevo nivel de potencia en aproximadamente 40 a 50 horas. Durante las primeras 4 a 6 horas que siguen al cambio de potencia, la magnitud y la tasa de cambio de la concentración dependen del nivel de potencia inicial y de la cantidad de cambio en el nivel de potencia; el cambio de la concentración de 135Xe es mayor para un cambio mayor en el nivel de potencia. Cuando la potencia del reactor disminuye, el proceso se invierte.

El yodo-135 es un producto de fisión del uranio con un rendimiento de aproximadamente el 6% (contando también el yodo-135 producido casi inmediatamente a partir de la desintegración del telurio-135 producido por fisión). Este 135I decae con una vida media de 6,57 horas a 135Xe. Por lo tanto, en un reactor nuclear en funcionamiento, el 135Xe se produce continuamente. El 135Xe tiene una sección transversal de absorción de neutrones muy grande, por lo que en el entorno de alto flujo de neutrones del núcleo de un reactor nuclear, el 135Xe pronto absorbe un neutrón y se convierte en 136Xe casi estable. Así, en unas 50 horas, la concentración de 135Xe alcanza el equilibrio en el que su creación por desintegración de 135I se equilibra con su destrucción por absorción de neutrones.

Cuando se reduce la potencia del reactor o se apaga insertando barras de control que absorben neutrones, el flujo de neutrones del reactor se reduce y el equilibrio se desplaza inicialmente hacia una mayor concentración de 135Xe. La concentración de 135Xe alcanza su punto máximo unas 11,1 horas después de la disminución de la potencia del reactor. Dado que el 135Xe tiene una vida media de 9,2 horas, la concentración de 135Xe decae gradualmente a niveles bajos durante 72 horas.

El nivel temporalmente alto de 135Xe con su alta sección transversal de absorción de neutrones dificulta el reinicio del reactor durante varias horas. El 135Xe que absorbe neutrones actúa como una barra de control, reduciendo la reactividad. La imposibilidad de poner en marcha un reactor debido a los efectos del 135Xe se denomina a veces puesta en marcha impedida por el xenón, y se dice que el reactor está «envenenado». El período de tiempo en que el reactor es incapaz de superar los efectos del 135Xe se denomina «tiempo muerto de xenón».

Si se dispone de suficiente autoridad de control de la reactividad, el reactor puede volver a ponerse en marcha, pero el transitorio de agotamiento del xenón debe gestionarse cuidadosamente. A medida que se extraen las barras de control y se alcanza la criticidad, el flujo de neutrones aumenta muchos órdenes de magnitud y el 135Xe comienza a absorber neutrones y a transmutarse en 136Xe. El reactor quema el veneno nuclear. A medida que esto sucede, la reactividad y el flujo de neutrones aumentan, y las barras de control deben reinsertarse gradualmente para contrarrestar la pérdida de absorción de neutrones por el 135Xe. De lo contrario, el flujo de neutrones del reactor seguirá aumentando, quemando aún más veneno de xenón, en un camino hacia la criticidad desbocada. La constante de tiempo para este transitorio de quemado depende del diseño del reactor, del historial de niveles de potencia del reactor durante los últimos días y del nuevo ajuste de potencia. Para un paso típico del 50% de potencia al 100% de potencia, la concentración de 135Xe cae durante unas 3 horas.

El no anticipar y gestionar el envenenamiento por xenón y compensar el subsiguiente burn-off adecuadamente fue un factor que contribuyó a la catástrofe de Chernóbil; durante una bajada de potencia, una combinación de error del operador y envenenamiento por xenón hizo que la potencia térmica del reactor cayera a niveles cercanos al cierre. Los esfuerzos resultantes de la tripulación para restablecer la potencia, incluida la retirada manual de las barras de control que no estaban bajo el control automático del ordenador SKALA, colocaron al reactor en una configuración altamente insegura. Un procedimiento SCRAM fallido, que hizo que las barras de control se atascaran a un nivel que realmente aumentaba la reactividad, provocó un transitorio térmico y una explosión de vapor que destrozó el reactor.

Los reactores que utilizan el reprocesamiento continuo, como muchos diseños de reactores de sales fundidas, podrían ser capaces de extraer el 135Xe del combustible y evitar estos efectos. Los reactores de combustible fluido no pueden desarrollar inhomogeneidad de xenón porque el combustible es libre de mezclarse. Además, el experimento del reactor de sales fundidas demostró que la pulverización del combustible líquido en forma de gotas a través de un espacio de gas durante la recirculación puede permitir que el xenón y el criptón salgan de las sales del combustible. Sin embargo, eliminar el xenón-135 de la exposición a los neutrones también hace que el reactor produzca más cantidad del producto de fisión de larga duración cesio-135.