尽管核反应堆在地球上引发了很多争议，但它可以产生能量和推进力，将大型航天器迅速送上火星，如果需要的话，还可以送上更远的地方。核火箭发动机的想法可以追溯到20世纪40年代。不过现在新的设计让核裂变和核聚变推动的星际任务计划成为可能。
在这些新设计当中，核发动机只用于星际旅行，而不是在地球大气层中使用。化学火箭将飞船发射到低地球轨道之外。只有在那时，核推进系统才会启动。一直以来的挑战是使这些核发动机安全和轻巧。新的燃料和反应堆设计似乎可以胜任这项任务，因为美国宇航局现在正与工业伙伴合作，为未来可能的核燃料乘员太空任务而努力。
如果你想去火星，并在两年内返回，核推进将是有利的，为了实现这种任务能力，需要推进的一项关键技术是燃料。具体来说，燃料需要承受核热发动机内部的超高温和挥发性条件。现在有两家公司表示，他们的燃料足够坚固，可以用于安全、紧凑、高性能的反应堆。事实上，其中一家公司已经向NASA交付了详细的概念设计。
在这种设计当中，核热推进利用核反应释放的能量将液态氢加热到约2430℃，约为核电站核心温度的8倍。推进剂膨胀并以极快的速度从喷嘴中喷射出来。这与化学火箭相比，每质量推进剂可以产生两倍的推力，使核动力船可以行驶得更远更快。另外，一旦到达目的地，不管是土星的卫星土卫六还是冥王星，核反应堆都可以从推进系统切换到动力源，使飞船能在数年内发回高质量的数据。
要想从核火箭中获得足够的推力，过去需要武器级的高浓缩铀。商业发电厂使用的低浓缩铀燃料，使用起来会更安全，但在极度活性氢气、高温和化学攻击下，它们会变脆和散架。然而，位于西雅图的超安全核电公司（Ultra Safe Nuclear Corp. 技术公司(USNC-Tech)，使用的是一种浓缩到20%以下的铀燃料，虽然比动力反应堆的铀燃料等级高，但不能被挪作他用，所以大大降低了核扩散风险。该公司的燃料包含分散在碳化锆基质中的微型陶瓷涂层铀燃料颗粒。这些微胶囊将放射性裂变副产品留在内部，同时让热量散发出去。
总部位于弗吉尼亚州林奇堡的BWX技术公司，正在根据美国宇航局的合同，研究使用类似陶瓷复合燃料的设计，同时也在研究一种包裹在金属基体中的替代燃料形式。两家公司的设计都依赖于不同种类的调节剂。调节剂可以减缓裂变过程中产生的高能中子，使其能够维持连锁反应，而不是打击和破坏反应堆结构。BWX将其燃料块穿插在氢化物元素之间，而USNC-Tech的独特设计将铍金属调节剂集成到燃料中，燃料保持在一个整体中，能在热氢和辐射条件下存活下来，而且不会消灭掉反应堆的所有中子。