Los viajes a Marte se acortarían y abaratarían si las naves usaran propulsores nucleares, más eficaces que los actuales cohetes. Funcionarían transfiriendo el calor del reactor nuclear a un propulsor líquido, que se convertiría en gas y se expandiría para proporcionar empuje a la nave. Se estima que el trayecto a Marte duraría de tres a cuatro meses, aproximadamente la mitad del tiempo que tardan las naves actuales.
La NASA financia proyectos de prototipos de reactores de propulsión nuclear, que usarían como combustible uranio poco enriquecido de alto rendimiento. Se supone que estos motores podrían facilitar el objetivo de EE.UU. de enviar astronautas y carga a Marte a lo largo de las próximas décadas. La NASA ya ha usado energía atómica en algunas misiones. Rusia también trabaja en la propulsión nuclear de sus naves, que podrían estar operativas hacia el 2030.
La energía nuclear también podría proporcionar electricidad a las futuras colonias de terrícolas en la Luna y en Marte. La NASA trabaja en el desarrollo de pequeños sistemas de energía de fisión para usar en la superficie de los astros, lo cual permitiría que los astronautas dispusiesen de suficiente energía para mantener los sistemas de soporte vital (oxígeno, presión, temperatura) y construir hábitats adecuados para llevar a cabo misiones científicas de larga duración. En la Tierra se está ninguneando la energía nuclear, pero amanece en el espacio exterior.