從上述這個例子來看，原子反應堆工作的溫度並不比化學火箭燃燒室內的溫度高，為什麼它的噴出速度竟會比髙能的化學火箭高一倍呢？這是因為噴出速度和燃氣的溫度成正比，而同其平均分子量成反比。如果說，目前的原子火箭和化學火箭噴出氣體的溫度相近，可是它們的分子量卻相差很大。原子火箭隻要用氫一種氣體做推進劑，平均分子量隻有2；而化學火箭則要利用氫和氧混合燃料做推進劑，這兩種氣體燃燒後生成的水蒸汽平均分子量則達18。平均分子量愈小，噴出速度就愈高，也就是比衝就愈高。所以，使用液氧和液氫的高能化學火箭燃燒溫度為2800攝氏度，真空比衝為456秒，而原子火箭即使溫度比前者低，也不能使真空比衝達到90%。
原子火箭還有一個特點，就是它能夠重複使用。由於核子反應材料用量很省，所以每次發射之後，隻要補充液氫就可以重複再用。而補充一種成份的推進劑要比化學火箭補充燃料和氧化劑簡單容易得多。原子火箭最適合的用途，是從地球軌道上往月球或行星發射有效載荷較重的飛行器；然後再返回地球軌道，由別的火箭或空間站給它補充推進劑，等候作下一次的飛行。這種飛行器有人把它稱為“空間渡船”。一種初步設計的空間渡船，采用“奈瓦”原子火箭發動機動力，將有457米長，直徑約10米。但是進行原子火箭為動力的航天器紙需要相當可觀的投資，還有待於未來去實現。
離子火箭
在研究大功率原子能推進火箭的同時，某些航天科學家卻對小功率的離子火箭也發生了興趣。這是怎麼回事呢？原來離子火箭雖然輸出功率小，卻具有其他火箭無法與之相比箭的長處：壽命長。這種火箭利用核電池作能源，能夠在十年以上的時間內，連續發出一種小推力，起到大功率火箭無法起到的作用。例如：用土星火箭先將幾噸重的有效載荷送到環繞地球的軌道上，接著離子火箭會慢慢地推動它去完成各種任務，如把通信衛星送到36000千米上空的同步軌道；把氣象儀器推到確定的天域等。據計算，隻要用三年時間，離子火箭就可以把6噸重的探測飛船，連帶1噸重的儀器，從環繞地球的軌道上推送到土星或冥王星。利用離子火箭把巨大的補給飛！往有人的月麵基地。
一九六四年，美國試製成功了世界上第一台這樣的離子火箭SERTI。這種火箭僅有30千克推力。它是利用發動機中的氣態燃料加熱後，原子的激烈撞擊，電子脫離原子飛出，生成離子,再用超高壓電場使之加速，以每小時15萬千米的速度從噴口噴出，產生反作用力而製成的。
離子火箭主要包括電源、推進劑儲箱、正離子源、靜電加速器（離子槍）電子源等幾個部分。推進劑是利用容易電離的堿金屬，最好用銫，先使它加熱變成蒸汽，然後讓銫蒸汽通過高溫的鬆孔鎢塊，這時銫原子被加熱，就會丟失外層的電子，使自己變成帶正電的離子（有時不用鎢塊加熱，而利用電子轟擊原子，也能使其電離）；正離子再被一個具有：很大電勢差的強電場所加速，以每秒40~100千米的速度噴出火箭，從而使火箭獲得推力。離子火箭具有的電場，目前！大約是在幾毫米的距離內電勢下降幾千伏，帶正電的離子在這樣強的電場內，由於靜電同性相斥的原理作用，就被以很，高的速度推出噴口。為了不使電子在離子火箭發動機內積存儲起來，在噴口附近要把等量的電子通過電子源噴出加入到正離子流中去。