Pemuliaan tanaman dengan teknik nuklir dapat diawali dengan mengiradiasi materi genetik  tanaman misalnya biji, stek batang, serbuk sari, akar rhizome, kalus atau yang lainnya dengan sinar gamma. Setelah perlakuan irradiasi akan terjadi beberapa kemungkinan pada materi genetik tanaman tersebut yaitu mutasi ke arah positif, mutasi ke arah negatif, atau tanpa mutasi. Dari variasi fenotip yang timbul dilakukan seleksi sifat yang lebih baik untuk dikembangkan menjadi varietas unggul. Tanaman yang telah mengalami perubahan akibat terjadinya mutasi genetik disebut mutan sedangkan zat yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut mutagen. Radiasi terhadap materi genetik tanaman tidak mengakibatkan tanaman atau produk tanaman tersebut menjadi bersifat radioaktif sehingga semua hasil pemuliaan tanaman dengan radiasi aman untuk dikonsumsi manusia.

Kemungkinan variasi fenotip yang muncul setelah perlakuan iradiasi

pada materi genetik tanaman.

Mengingat di Indonesia hama dan penyakit utama padi sawah antara lain adalah Wereng Coklat Nilaparvata Lugens Stal dan penyakit hama daun bakteri Xanthomonas Oryzae, maka tujuan pembentukan varietas unggul pada padi sawah ditekankan pada ketahanan terhadap kedua hama dan penyakit tersebut, selain sifat unggul lainnya seperti produksi tinggi, umur genjah, dan kualitas beras yang bagus dengan tekstur nasi pulen. BATAN memiliki fasilitas yang dibutuhkan untuk penelitian pemuliaan tanaman dengan teknik radiasi antara lain Gamma Chamber dan Gamma Cell dengan sumber radiasi Cobalt-60 laju dosis tinggi, Gamma Room dengan sumber radiasi Cobalt-60 laju dosis rendah, laboratorium kultur jaringan, ruang tumbuh, rumah kaca, kebun percobaan dan sawah.

Iradiator Gamma Cell-220 untuk litbang pemuliaan tanaman di BATAN.

Setelah perlakuan iradiasi dengan sinar gamma, organ tanaman ditumbuhkembangkan di ruang tumbuh, rumah kaca, atau langsung di kebun percobaan. Analisis mutan tanaman dilakukan di laboratorium dengan memperhatikan sifat genetik, biologi dan agronominya baik secara visual fenotip maupun secara biologi molekuler atau bioteknologi lainnya. Tanaman yang diteliti dikelompokkan sebagai tanaman pangan (padi, kedelai, kacang hijau, kacang tanah, sorghum, dan gandum), tanaman hortikultura (pisang, cabai, bawang merah, bawang putih krisan, dan anggrek), tanaman industri (kapas, sorghum, jarak, dan gandum), dan tanaman pakan ternak (sorghum).

Proses pemuliaan tanaman pisang dengan iradiasi gamma Co-60 untuk mendapatkan varietas baru dengan pohon yang pendek, berbunga lebih cepat dengan buah yang lebih banyak dan harum.

Varietas Unggul yang  Dihasilkan BATAN

Sampai tahun 2009 BATAN  telah melepas secara nasional 15 varietas unggul  padi untuk program peningkatan produktivitas pangan bagi kesejahteraan masyarakat Indonesia yang telah disertifikasi oleh Dinas Pertanian. Selain itu juga telah dihasilkan 5 varietas unggul kedelai, 1 varietas unggul kacang hijau dan 1 varietas unggul kapas. Selain varietas unggul, juga terdapat sejumlah galur mutan harapan tanaman pangan hortikultura, dan industri yang masih dalam proses pengembangan untuk menjadi varietas unggul antara lain padi, kedelai, kacang hijau, kacang tanah, sorgum, gandum, bawang merah, artemisia (tanaman obat), kapas, jarak pagar, dan ornamental (tanaman hias).

Varietas padi hasil litbang BATAN, secara komulatif sampai dengan tahun 2009 telah ditanam di 23 provinsi dengan luasan lebih dari 2 juta ha. Pada perioda 2004 -2009, telah diperoleh Surat Keputusan Pelepasan dari Menteri Pertanian pada verietas unggul berikut.:

1. SK Pelepasan Menteri Pertanian No. 573/Kpts/SR.120/10/2004, 12 Oktober 2004 untuk varietas unggul padi Yuwono.
2. SK Pelepasan Menteri Pertanian No. 574/Kpts/SR.120/10/2004, 12 Oktober 2004 untuk varietas unggul padi Mayang.
3. SK Pelepasan Menteri Pertanian No. 134/Kpts/SR.120/3/2006, 6 Maret 2006 untuk varietas unggul padi Mira-1.
4. SK Pelepasan Menteri Pertanian No. 1012/Kpts/SR.120/7/2008, 28 Juli 2008 untuk varietas unggul padi Bestari.
5. SK Pelepasan Menteri Pertanian No. 1013/Kpts/SR.120/7/2008, 28 Juli 2008 untuk varietas unggul kedelai Mitani.
6. SK Menteri Pertanian No. 337/Kpts/SR.120/3/2008, tanggal 28 Maret 2008 untuk Varietas Kapas Karisma-1.

   Keunggulan varietas padi unggul MIra-1antara lain rasa beras enak        dan pulen, potensi produktivitas 9,20 ton/ha GKG, umur genjah 105 –      120 hari, tahan hama wereng coklat biotipe 1 dan 2 dan agak tahan          untuk biotipe 3,tahan penyakit bakteri hawar daun strain III dan agak        tahan strain IV, dan mengandung kadar amilosa sedang (19%)dan          protein tinggi (9,02%).

Varietas unggul padi hasil litbang BATAN.

  Keunggulan varietas unggul padi Bestari antara    lain rasa beras enak     dan pulen, potensi produktivitas 9,42 ton/ha GKG, umur genjah 115 –     120 hari, tahan hama