本罪在客观方面表现为非法买卖、运输核材料的行为。非法买卖核材料是指违反国家对核材料的管制规定，未经国关都门批准，以金钱或者实物作价，擅自购买或销售核材料。非法买卖核材料具体有三种情况：

一是没有经过国家有关门的批准而擅自购买或销售核材料，

二是超出国家有关部门批准的种类而购买或销售核材料;

三是超出国家有关部门批准的数量购买或销售核材料。

买卖包括购买与销售两种行为，行为人只要实施了购买与销售两种行为之一的，即为非法买卖核材料，并不要求行为人既实施了非法购买行为，又实施了非法销售行为，才成立非法买卖核材料。非法买卖核材料，既有以金钱为交换条件的非法买卖，也有以实物为交换条件的买卖;既有个人之间的非法买卖，也有单位之间的非法买卖;还有单位与个人之间的非法买卖。如果明知是走私进口的核材料而直接向走私人购买，或者明知是走私人购买核材料进行走私出口而卖给走私人核材料，或者在内海、领海收购、贩卖核材料，没有合法证明的，则不构成本罪，应以走私核材料罪论处。

所谓非法运输核材料是指未经国家有关部门批准，擅自将核材料从此地运往彼地，使核材料在空间上发生转移的行为。从运输形式来看，有陆运、水运、空运等。由于核材料是一种放射性物质，因而对核材料的运输有严格的技术要求，故一般不可能采取肩挑背扛、随身携带的方式非法运输核材料。从运输的空间范围来看，必须是在我国境内非法运输，不包括非法运输上述物品出人国(边)境的行为。为走私而违反我国的对外贸易管制，逃避海关监管或边防检查，非法运输核材料进出国(边)境的，则构成走私核材料罪。非法买卖、运输核材料是选择性罪名，行为人只要实施了非法买卖、运输行为之一的，即构成本罪。如果行为人同时实施了这两种行为，也只构成一罪，而不实行数罪并罚。