20世紀50年代，隨著和平利用原子能的呼聲日益高漲，原子火箭發動機應運而生。法國人設計了以水為工作物質的原子能火箭，它靠核反應堆產生的熱量將水汽化，高速噴射出的水蒸氣能使星際飛船逐漸加速。火箭要噴出5000噸的水才能在50年內把飛船送往最近的恒星——比鄰星(距地球4．22光年)。
一般化學火箭的結構質量占總質量的6％～10％，有效載荷僅占1％；而原子能火箭的結構質量占總質量的12％～15％，但有效載荷可占總質量的5％～8％。以氘為燃料的核聚變火箭，排氣速度可達1．5000千米／秒，足以在幾十年內把宇宙飛船送到別的恒星。
聚變比裂變放出更大的能量。在一個核聚變推進係統中理論上每千克燃料能夠產生100萬億焦耳能量——比普通化學火箭的能量密度高1000萬倍。核聚變反應將產生大量高能粒子。用電磁場約束這些粒子，使之向指定方向噴射，飛船就可以高速前進了。為安全起見．核飛船至少應在近地軌道組裝。為利用月球上豐富的氦資源，月球也是理想的組裝發射地。此外也可以在拉格朗日點(此點處的物體在繞地球運轉的同時保持與月球相對距離不變)處進行組裝，原材料從月球上用電磁推進係統發送。