一个产生动力的装置，单位体积或单位重量能够发出的功率，分别称为体积功率密度和重量功率密度。核反应堆虽然功率强劲，但功率密度确实比较低 为了在火箭上应用核动力，新的推进原理必须首先开发出来，而且不能借助于螺旋桨这样依靠外部物质，如空气或水的反作用装置。一种核动力火箭的设计图是这样的：首先利用反应堆加热水，让它变成蒸汽，然后高速蒸汽喷射出来，推动火箭。
物质由于处在高放射性环境中，受到辐射，使原子核发生变化而产生的放射性 以核裂变型反应堆为基础的原子能火箭构想已基本成熟，主要存在的问题是缺乏投资和实质性的需求、能达到的最高速度仍然有限以及环境污染等。如果受控核聚变技术能够实现，并且可以小型化，那么也可以用核聚变反应堆当作火箭动力，采用的工作原理则基本与上述方式相同。由于核聚变产生的能量远远大于核裂变，相同重量的核聚变燃料能够运行更长时间，并把火箭加速到每秒100千米以上。目前，用激光束照射核燃料，使之在燃烧室内发生核聚变反应的实验已接近成功。这种激光核聚变反应堆不需要大尺寸的约束腔容纳反应物，也不需要外加强磁场，小型化的前景比较好。因此，或许我们可以期待采用这种原理的聚变核火箭出现。此外，采用磁约束达到高温的“托卡马克”装置最近也取得了较大进展，虽然这一装置较庞大，而且需要超导磁体来产生强磁场，但如果是用于几千吨级或更加庞大的星际飞船，也是可以考虑的，它的好处是易于长时间高负荷连续工作，因为在激光核聚变堆中，燃料小球烧完后必须停止工作才能重新装填。
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