在太空建造核电站一直是人类的梦想，并为之进行了深入的研究。
太空核电站的基本原理就是将核反应堆装在卫星上，从而用它来提供重量轻、性能可靠、使用寿命长而成本低廉的供电装置。
在人造卫星上通常都装有各种电子设备，这其中包括电子计算机、自动控制装置、通信联络机构、电视摄像机和发送系统等，为此必须需要提供大量性能稳定可靠的电源。另外对于用来探测火星、木星等的星际航行器，则更需要这种供电装置了，因为它们所配备的电子设备就更多、更复杂，而且要求其使用寿命特别长，因为来回一次要历时几年甚至十几年。星际航行器要在那么长的时间内同地球上保持不断的通信联系，这就必须使这类飞行器上所用的电源容量特别大，工作性能安全可靠。
人造卫星和太空飞行器上最早所使用的电源是燃料电池。这种电池虽然工作性能稳定可靠，但成本高，使用寿命短，满足不了长期使用的要求。后来，科学家采用太阳能电池来代替燃料电池，虽然它克服燃料电池那些缺点，但当卫星（或太空飞行器）运行到地球背面或者处在月球上漫长的黑夜里时（1个“月球”相当于地球上的14个昼夜），或者向远离太阳的其他星球飞行时，太阳能电池就根本无法进行工作。
另外，太阳能电池还有其它许多缺点。当需要提供大容量的电能时，即便是在阳光充足的条件下使用，也往往难以得到满足。在某些特定情况下，由于需要的电能容量特别大，这就要求太阳能电池的集光板的面积大到上千平方米，显然这在太空飞行中是不可能办到的。经过几经研究，科学家们终于为人造卫星和太空飞行器找到了较为理想的电源——太空核反应堆。
其实，在采用核反应堆来作为太空飞行器和人造卫星的电源之前，曾广泛使用过核电池，至今在一些卫星和太空飞行器上仍还在使用这种电池。核电池的使用寿命一般可达5～10年，其电容量可达几十到上百瓦。然而，这样的电容量与太空核反应堆比较起来，就显得微乎其微了。
太空核反应堆的电容量相当高，一般为几百到几千瓦，有的甚至可高达上百万瓦。有了这种太空核反应堆，就能充分满足人造卫星和太空飞行器对电源的容量要求了。
从工作原理上来说，太空核反应堆与陆地上的核反应堆基本上是一样的，不同的是前者的体积较小，较为轻便。这种反应堆连同它的控制装置一起，才和一个2千克重的小西瓜差不多大。
太空核反应堆所用的核燃料是纯铀235。反应堆在运行中所产生的热能，通常是通过以下几种方式转换成电能：
一、将装有液态金属（如水银或钾钠合金）的管子从反应堆中通过，液态金属吸收热量后变成蒸气，以蒸气推动气轮发电机组进行发电。这种方式的优点是能量转换率高，可达30%；缺点是气轮发电机的转速很高，这在太空中无人维修的情况下，很难做到长期安全运行。因此这种办法目前还不能投入实际使用。
二、以热电偶的方式进行发电。由于不需要气轮机，所以结构简单，便于使用，可以长期稳定地进行发电。但热电偶的能量转换效率低，只有2%，绝大部分热量都浪费掉了。
三、以热离子换能法来进行能量转换，也就是利用热离子二极管来将热能转换成电能。先将热离子二极管的发射极（阴极）紧靠着核反应堆中的燃料元件。当核裂变反应产生的热量将发射极加热到1500～2000℃的高温时，发射极上的自由离子就具有足够的能量而飞出。这时二极管的集电极（阳极）便将离子收集起来。这样一来就在二极管的阳极和阴极之间形成了通路（电路）。
专家们认为，太空核反应堆是未来用于考察和开采月球矿藏的最理想电源。到时人造卫星和太空飞行器上的电源问题将不再是人类的难题。