核燃料在核动力装置的反应堆中产生裂变反应，释放出的热能被不断循环的冷却水吸收，后者又通过蒸汽发生器将热量传给第二个回路中的水，使之变为蒸汽来驱动燃气轮机或汽轮机运行，以给舰船提供动力。

核动力特别适合在海上长期航行而更换燃料困难的水面和水下舰船。核动力舰船绝大多数为潜艇，也包括其他一些舰船，如航空母舰和破冰船。

核动力舰船的研究工作始于20世纪40年代，第1座实验堆于1953年在美国启动。1954年，第1艘核潜艇——美国的鹦鹉螺号下水，标志着潜艇实现了从低速水下航行向能够以20～25节高速在水下连续航行的飞跃。

继鹦鹉螺号之后，美国不断研发更先进的核动力潜艇和航空母舰，长滩号导弹巡洋舰在1961年下水。

截至1962年，美国海军共有26艘核潜艇在役，30艘在建。核动力是对海军的一次革命。此后，英国从美国得到舰艇核动力技术，而法国、俄罗斯和中国各自开展了这方面的研发。

全世界公开宣称拥有核潜艇的国家有6个：美国、俄罗斯、英国、法国、中国、印度。其中美国和俄罗斯拥有核潜艇最多。核潜艇的出现和核战略导弹的运用，使潜艇发展进入一个新阶段。装有核战略导弹的核潜艇是一支重要的水下威慑的核力量。

在五个核大国中，美国率先实现了潜艇全部核能化，英国、法国也在20世纪90年代实现了潜艇核能化。俄罗斯在核潜艇建造数量上是世界之最，中国也装备有数艘核潜艇，但还是以常规潜艇为主。在世界其他国家中，除了印度租借俄罗斯一艘核潜艇外，均因各种原因没有装备核潜艇。

核动力装置在军用舰船上的应用发展迅速，其取代内燃机的主要原因离不开核动力更能为舰船提供良好的快速性。例如美国海军的潜艇全部采用核动力，以保障潜艇在水下的航速。并且内燃机需要定期补充大量的石化能资源来维持其提供有限能源，而核反应装置能在循环燃料的利用下提供源源不断的动力，更能满足军用舰船对高速航行时持续稳定的要求。

世界上第一艘核动力潜艇鹦鹉螺号于1954年1月21日下水并正式服役，1月24日首次开始试航，它宣告了核动力潜艇的诞生。该艇总重2800吨，比旧式潜艇大得多。可在最大航速下连续航行50天、全程3万千米而不需要加任何燃料。该艇与当时的普通潜艇相比，航速大约快了一半。整个核动力装置占船身的一半左右。艇体外形与内部、动力仪器与作战装备，都是最精密的科学产品，用流线型的外貌与简便的控制装配起来，与普通潜艇相比，“鹦鹉螺”号艇体外壳显得更为厚实，在深海中行进时，凭其特装的声呐，可以自由探路，绝无触礁撞石的危险。

世界上最早的核动力航空母舰“企业”号于1961年12月建成服役。美国在企业号核动力航空母舰基础上又发展了尼米兹级核动力航空母舰，为美国第二代核动力航空母舰。从20世纪60年代开始设计建造，直到21世纪初，尼米兹级一直是美国海上力量和全球战略的支柱。而后美国国防部又正式提出了研发、设计、建造性能超越尼米兹级的新一代航母，作为新世纪的主力航母，即福特级航母。福特级航母是美国面向21世纪作战需求的新一代核动力航空母舰。至此美国现代的航空母舰全部是核动力航母。

世界上第一艘核动力巡洋舰是美国伯利恒钢铁公司于1957年12月开工，1960年下水的长滩号核动力导弹巡洋舰。长滩号满载排水量为1.8万吨，装备有巡航导弹，反舰导弹，防空导弹和反潜导弹。核动力巡洋舰的最大特点就是续航能力强，它可连续航行几年，绕地球数周而无须补充燃料。

1959年美国在客货船“萨凡纳”号上试用功率20000马力核动力装置成功；1960年苏联在破冰船列宁号上采用核动力装置，功率44000马力。这是全世界第1艘水面核动力船只，服役期长达30年，其间曾于1970年更换过一次反应堆。此后，一系列大型破冰船（6艘2.35万吨级的北极级破冰船）自1975年开始相继下水。这些动力强劲的船只拥有2座输出功率为56兆瓦的反应堆，在偏远的北极海域服役。北极号破冰船于1977年成为世界上第1艘到达北极极点的水面船只。此后，联邦德国和日本也分别建造了核动力商船。

世界第一艘民用核动力船舶是苏联的列宁号破冰船。由于核动力可以为破冰船提供良好的运行和工作动力，使其破冰性能大为提高，中国正加速极地破冰船的研发，核动力破冰船已经成为中核集团的重点研发项目。除了一些大型极地破冰船外，少数货船、矿石运输船也先后采用过核动力装置。

核动力舰船与常规动力舰船相比，主要有两个优势：①核动力装置功率大，可以成为大型舰船的主动力装置。使船舶装得更多，跑得更快，走得更远，用途也更广泛。②核动力装置一次装填核燃料使用时间较长。装备核动力装置的舰船，几乎有无限的续航力。所以核动力装置主要用于大型军舰和潜艇。

由于核燃料有很强的放射性，如何妥善处理核动力舰船用过的核废料便成了核动力舰船的最大问题，人们担心放射性物质污染航道、港口和城市环境，因此很多港口拒绝核动力船进港。对核燃料使用后的核废料处理还缺乏妥善而安全的长久的处理办法，所以，核动力装置尚未被民用船舶所广泛采用，一些已建成的核动力船舶都已改装为常规动力装置船。

核动力潜艇的退役已经成为美国和俄罗斯海军的一项重要工作。核动力潜艇卸料之后，美国是将反应堆部分从船体切除作为低放废物进行浅地表掩埋处置，而在俄罗斯，整个船体或者是密封的反应堆部分仍然无限期地浮在海上。

核动力装置多应用在军用船舶上，核动力民用船舶应用进展缓慢。

在民用船舶方面，全世界有95%以上的民用船舶采用柴油机做主推进动力装置，而且柴油机也是其他船舶动力装置的重要设备和组成部分。现阶段核动力装置在民用船舶上主要用于破冰船。除了一些大型极地破冰船外，少数货船，矿石运输船也先后采用过核动力装置。

由于核动力可以为破冰船提供良好的破冰性能，中国正加速极地破冰船的研发，核动力破冰船已经成为中核集团的重点研发项目。

核动力舰船以其核动力装置的卓越性能已经开始对传统内燃机动力装置造成影响。随着世界的发展，能源问题和环境问题的影响，核动力带来的经济性、环保性优势会得以更明显的体现，其安全性可靠性也会逐渐被大众认可，核动力舰船的发展前景十分广阔。