在太空建造核電站一直是人類的夢想，並為之進行了深入的研究。
太空核電站的基本原理就是將核反應堆裝在衛星上，從而用它來提供重量輕、性能可靠、使用壽命長而成本低廉的供電裝置。
在人造衛星上通常都裝有各種電子設備，這其中包括電子計算機、自動控製裝置、通信聯絡機構、電視攝像機和發送係統等，為此必須需要提供大量性能穩定可靠的電源。另外對於用來探測火星、木星等的星際航行器，則更需要這種供電裝置了，因為它們所配備的電子設備就更多、更複雜，而且要求其使用壽命特別長，因為來回一次要曆時幾年甚至十幾年。星際航行器要在那麼長的時間內同地球上保持不斷的通信聯係，這就必須使這類飛行器上所用的電源容量特別大，工作性能安全可靠。
人造衛星和太空飛行器上最早所使用的電源是燃料電池。這種電池雖然工作性能穩定可靠，但成本高，使用壽命短，滿足不了長期使用的要求。後來，科學家采用太陽能電池來代替燃料電池，雖然它克服燃料電池那些缺點，但當衛星（或太空飛行器）運行到地球背麵或者處在月球上漫長的黑夜裏時（1個“月球”相當於地球上的14個晝夜），或者向遠離太陽的其他星球飛行時，太陽能電池就根本無法進行工作。
另外，太陽能電池還有其它許多缺點。當需要提供大容量的電能時，即便是在陽光充足的條件下使用，也往往難以得到滿足。在某些特定情況下，由於需要的電能容量特別大，這就要求太陽能電池的集光板的麵積大到上千平方米，顯然這在太空飛行中是不可能辦到的。經過幾經研究，科學家們終於為人造衛星和太空飛行器找到了較為理想的電源——太空核反應堆。
其實，在采用核反應堆來作為太空飛行器和人造衛星的電源之前，曾廣泛使用過核電池，至今在一些衛星和太空飛行器上仍還在使用這種電池。核電池的使用壽命一般可達5～10年，其電容量可達幾十到上百瓦。然而，這樣的電容量與太空核反應堆比較起來，就顯得微乎其微了。
太空核反應堆的電容量相當高，一般為幾百到幾千瓦，有的甚至可高達上百萬瓦。有了這種太空核反應堆，就能充分滿足人造衛星和太空飛行器對電源的容量要求了。
從工作原理上來說，太空核反應堆與陸地上的核反應堆基本上是一樣的，不同的是前者的體積較小，較為輕便。這種反應堆連同它的控製裝置一起，才和一個2千克重的小西瓜差不多大。
太空核反應堆所用的核燃料是純鈾235。反應堆在運行中所產生的熱能，通常是通過以下幾種方式轉換成電能：
一、將裝有液態金屬（如水銀或鉀鈉合金）的管子從反應堆中通過，液態金屬吸收熱量後變成蒸氣，以蒸氣推動氣輪發電機組進行發電。這種方式的優點是能量轉換率高，可達30%；缺點是氣輪發電機的轉速很高，這在太空中無人維修的情況下，很難做到長期安全運行。因此這種辦法目前還不能投入實際使用。
二、以熱電偶的方式進行發電。由於不需要氣輪機，所以結構簡單，便於使用，可以長期穩定地進行發電。但熱電偶的能量轉換效率低，隻有2%，絕大部分熱量都浪費掉了。
三、以熱離子換能法來進行能量轉換，也就是利用熱離子二極管來將熱能轉換成電能。先將熱離子二極管的發射極（陰極）緊靠著核反應堆中的燃料元件。當核裂變反應產生的熱量將發射極加熱到1500～2000℃的高溫時，發射極上的自由離子就具有足夠的能量而飛出。這時二極管的集電極（陽極）便將離子收集起來。這樣一來就在二極管的陽極和陰極之間形成了通路（電路）。
專家們認為，太空核反應堆是未來用於考察和開采月球礦藏的最理想電源。到時人造衛星和太空飛行器上的電源問題將不再是人類的難題。