У 1961 році NASA і Комісія з атомної енергії США почали програму NERVA, яка розробляла ядерні двигуни, але через бюджетні проблеми її закрили у 1973 році. Нещодавно на ядерні дослідження виділили нові кошти.
Існує два основних типи ядерного космічного руху: ядерно-електричний, який живить іонний двигун, та ядерно-тепловий, як у програмі NERVA.
Ядерно-тепловий двигун використовує тепло ядерного розпаду для нагріву пального (зазвичай рідкого водню), яке розширюється і викидається через сопло, створюючи тягу зі швидкістю близько 8 км/с, що удвічі швидше за хімічні двигуни.
Однак водень важко зберігати — він дуже леткий, потрібно тримати його при дуже низьких температурах, і він може пошкоджувати матеріали двигуна.
В іонних двигунах можна використовувати більш важкі, інертні гази — ксенон або криптон, які легше зберігати довгий час і які достатньо ефективні при високих напругах іонізації.
Ядерний рух дозволяє забезпечити необхідну потужність для таких двигунів, хоча для маневрів із високою тягою, як вхід на орбіту планети, доведеться комбінувати іонні двигуни з хімічними або ядерно-тепловими.