核動力飛船是以核能為動力的，我們目前化學燃料的火箭推力大但持續力太低，所以每次發射必須尋找合適的發射窗口，以便利用行星的引力來加速，使得它們能真正飛往宇宙深處。安裝核動力的飛船和探測器由於推力強大，就不必利用行星的引力，更不必在航線的限制上操心過多，所以說核動力飛船是未來航天業的必然趨勢。
美國早在上世紀50年代就開始嘗試進行核能推力火箭的研究，中國最有名的火箭專家錢學森在美國時就參加過核能火箭研究。但核能火箭研究面臨問題很多，美國直到現在也沒能研究出實用的核能推力發動機，唯一成果是推力很小的核能離子火箭，可以在行星探測器上使用，但要用到載人航天上就貽笑大方了。
美俄雖然有許多核能火箭發展項目，甚至聲稱多長時間能研究完成，但都是為了給近乎破產的核能研究項目要資金。我國也有相關項目，據估計真正意義上的核能飛船至少要21世紀50年代才能研究出來，到時至少要完成對核聚變的完全控制才行。
核熱推進技術或者核熱運載火箭技術是較為高效的航天器推進方式，採用具有極高能量密度的核熱反應系統為能量源，根據其的反應類型分為：核裂變和核聚變兩種方式。
核裂變反應推進的基本原理是：採用工作介質流過核熱反應系統（核裂變反應堆）吸收能量，產生高溫高壓氣體，然後通過噴管被加速到超音速，從而產生推進動力。核裂變反應推進系統主要包括兩大部分：總體部分（貯箱、增壓輸送系統、渦輪泵及噴管）和核裂變反應堆部分。
與傳統的基於化學能的航天器推進系統相比，基於核裂變反應的核熱推進系統的突出優點是比衝高（當採用氫作為推進工質，理論上的比衝能夠達到1000S）。由於比衝高，完成相同的空間飛行任務，其所攜帶的推進工質，僅為氫氧火箭發動機推進劑質量的1/3，空間飛行成本不到氫氧火箭的44%，與電推進相比，推力有數量級的優勢，更加適合作為各類航天器的主推進。
核聚變反應推進的設想是：採用等離子體噴射流技術，將等離子體流注入噴嘴，在聚變系統內形成強大的磁場，在磁場中的等離子體周圍使用金屬環內爆，等離子體在各層金屬環（鋰）結構控制的壓力室內被壓縮，從而對等離子體施加強大的向心壓力，進而引發核聚變。通過核聚變產生的足夠能量，迅速加熱並且導致鋰金屬外殼在磁場控制下的噴嘴區域進行蒸發、離子化，並且高速噴出，推動航天器飛行。
由於固體金屬鋰不需要很大體積的貯箱，鋰會被迅速加熱，並且加速到非常高的噴出速度（30公里/秒），因此比衝可以達到5700S，同時高溫電離的推進劑與航天器沒有物理接觸，也避免了對航天器的汙染和腐蝕。
核動力推進裝置今天就有，不過我們稱之為核電池。放射性同位素熱電機，即所謂的核電池。其原理是通過熱電偶陣列，利用西貝克效應將放射性元素衰變過程中的熱能轉換為電能。以旅行者兄弟使用的“核電池”為例，這種型號為MHW-RTG的核電池質量為37.7kg，使用鈈-238作為燃料，最大熱功率為2400W，能輸出160W的電力供儀器使用。當然，核能並不是取之不盡的。
隨著放射性燃料的衰變，核電池的輸出功率也會逐漸下降。旅行者兄弟使用的電池每年會減少大約4.2W的輸出功率。兩兄弟已經開始逐步關閉各個儀器以節約電力。大約到2025年後，二者的電池功率將不足以供應任何一個儀器運作。二者的工作，也就算是正式的結束了。除了旅行者探測器，前往冥王星的新視野號探測器也是使用放射性同位素熱電機，這樣做的優勢就是不需要太陽能，可以在深空飛行，不受光照的影響。
核動力推進的話，使用離子噴射，太空中沒有阻力，任何一個加速都可以推進前進，還有一點就是離子推進的加速比較緩慢，但速度可以達到很高，每秒十幾公里可以輕鬆達到。如果要飛出太陽系，目前技術是不夠的，需要我們對推進裝置進行改革，比如使用核聚變，畢竟核電池也是有壽命的。
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