核火箭發動機，以核為初始能源，通過核反應釋放的能量使液態氫加熱，被加熱的氫經過噴管膨脹加速後排出，產生推力的火箭發動機。核火箭發動機基本上是液體火箭發動機的擴展，其加熱的能源不是來自化學反應，而是來自核能，使用液態氫作為核火箭發動機的工作流體是因為氫的相對質量最小。核火箭發動機的能量和工質分，比衝高。按照能量釋放形式，核火箭發動機可以分為三種類型：核裂變型、放射性同位素衰變型和核聚變型，相應的發動機稱為放射性同位素火箭發動機、核裂變型火箭發動機以及熱核火箭發動機。其中放射性同位素火箭發動機的推力較小，就不介紹了。
關於核火箭發動機機最早是由參與曼哈頓工程的斯塔尼斯拉夫·烏拉姆和弗雷德裡克·霍夫曼在1944年提出的。美蘇兩國都在上世紀五十年代開始相關的研製工作。
美國開發核裂變火箭發動機一開始是為了打仗。美國空軍和 NACA（1958年改組為NASA）不確認化學火箭發動機是否能夠有效的投射洲際彈道飛彈，因此美國空軍委託AEC（原子能委員會，後併入美國能源部）研究核裂變發動機可行性，美國開Rover核火箭研發。在1958年，宇宙神火箭可以滿足發射洲際彈道飛彈的需求，美國軍方開始失去興趣。
由於美國軍方失去興趣，NASA就成了核裂變火箭發動機的主要支持者。美國和蘇聯在冷戰時期的太空競賽刺激了美國對於核裂變火箭發動機的研發，約翰·甘迺迪總統大力支持相關的研發工作。美國在Rover核火箭基礎上全面啟動NERVA發動機研發。美國核裂變火箭發動機的研發工作十分不順利，多次出現事故甚至發動機發生爆炸。由於美國後來在太空競賽中取得了領先地位，核火箭又十分的危險，其走向實用又遙遙無期，尼克森總統就結束了相關的研發工作。
蘇聯在1950年就開始研發核裂變火箭推進技術，但其初期投入很小，在太空競賽中落後於美國才開始大力支持相關研究工作。從1970年到1988年，蘇聯共進行過30次核裂變火箭發動機的模擬試驗，均取得了成功，研製了推力3.5噸的RD-0410和70噸的RD-0411兩種核裂變發動機。在蘇聯1991年解體後核裂變火箭發動機的研發工作基本就停止了，1994年俄羅斯徹底放棄核裂變火箭發動機的研發工作。
核裂變火箭推進較之化學火箭推進，比衝高兩倍 ，需四個月能將載人飛船運抵火星，將縮短100天左右。核裂變火箭和化學燃料相比速度提升的並不是很多，其還非常的危險。因此其發展非常緩慢。
關於核聚變火箭發動機的相關研究工作現在還停留在紙面上，我們現在還不能實現可控的核聚變反應。核聚變發動機可能會是人類在速度上實現重大突破的一個方向，從理論上從地球用39天就可以到達火星。