核動力航天器泛指一切使用核能作為動力來源的人造航天飛行器，其核能的應用方式包括衰變、裂變和聚變，核動力在人造航天飛行器上的應用主要體現在熱源、電源和推進等主要方面。迄今為止，人類已經發射了73顆核動力航天器，其中美國32顆、前蘇聯40顆，中國1顆，其中同位素航天器有38顆，核反應堆（核裂變）航天器有35顆。

核動力航天器的發展源於美國，並在冷戰時期的美蘇太空競賽背景下獲得了巨大的發展驅動力，在強烈的戰略需求推動下，美國和前蘇聯都大力支援核動力航天器的發展，並推動其的技術逐步走向成熟。在核動力航天器的發展初期，只有美國和前蘇聯進入了實質性的工程研製階段，美國的核動力航天器以同位素航天器為主，且應用較為廣泛，包括導航、通訊、氣象和試驗衛星以及深空探測器；而前蘇聯的核動力航天器以核反應堆航天器為主，且絕大部分應用於軍事海洋監視。

從里根總統提出“星球大戰”計劃到前蘇聯解體，在這一時期，美國的核動力航天器技術發展邁上了一個新的臺階，而前蘇聯則日益萎縮，美國的主要發展方向集中在100千瓦以上的核動力航天器的研發，面向軍事和深空探測應用，取得了較好的研究成果。

在前蘇聯解體之後，美國和俄羅斯開展了用於核動力航天器的核反應堆電源專案的研製工作，由俄羅斯為美國提供技術和人員培訓，並且在1992-1993年開展了“空間核熱推進”計劃下的核電空間推進測試專案，計劃發射一顆基於俄羅斯TOPAZ II技術的核電推進衛星，但是最終沒有能夠實現。