核動力飛船對於核動力的利用方式有3種：

第一種方法：太空沒有水或者空氣這種介質，不能採用螺旋槳而必須利用噴氣的方式。反應堆中核子的裂變或者聚變產生大量熱能，我們將推進劑(如液態氫)注入，推進劑會受熱迅速膨脹，然後從發動機尾部高速噴出，產生推力。這種方法目前最容易利用。

第二種方法：核反應堆會產生很多高速移動的離子，

這些高能粒子移動速度非常快，從而可以使用磁場來控制它們的噴射方向。這和離子火箭的原理相似，從火箭尾部噴射出高速移動的離子，從而使火箭產生反衝運動。這種方法的優點是推動比異常大，無需攜帶任何介質，持續性強。

第三種方法：利用核爆炸。是一個大膽而瘋狂的方式，不再是利用受控的核反應，而是利用核爆炸來推動飛船，這已經不是一種發動機了，它被稱為核脈衝火箭。這種飛船將攜帶大量的低當量原子彈，一顆顆地拋在身後，然後引爆，飛船後面安裝一個推進盤，吸收爆炸的衝擊波推動飛船前進。這個在1955年被以獵戶座計劃(Project

Orion)命名的專案，最初計劃攜帶2千顆原子彈，利用它把宇航員於1965年送往火星，1970年送到土星。船上可以裝載150人，以及數千噸的載重，使得他們生活相對很舒適。獵戶座計劃後來胎死腹中的原因之一，在1963年美蘇簽定禁止大氣層核試驗條約之後，獵戶座計劃研究於1965年終止。

當然，現在所有的專案都僅限於理論階段，連美國都無法制造出核動力的火箭發動機