据了解，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果正确利用的话，能够产生电流。核电池有其稳定程度。通常不稳定(即具有放射性)的原子核会发生衰变现象，在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。核电池正是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理所制成的，此前已经有核电池应用于军事或者航空航天领域，但是电池体积往往很大。 过去在电池的研发过程中面临的重大难关之一，就是为了提高性能，电池大小往往比产品本身还大。
由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音译)率领的研究组曾成功为“核电池”瘦身，所研发出的“核电池”体积小但电力强。他们做出的核电池大小只是略大于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，但其输出能量远比一般化学电池为高，发出的电力高达普通化学电池的100万倍。
核电池的另一诱人之处是，核电池比起一般电池有很长的寿命，提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。在不久的将来，只需要一个硬币大小的核电池，就可以让你的手机不充电使用5000年。
在航天领域，在航天器上，核能往往就是以这种种“微型电池化”的方式被利用的。尤其在外太空行星探测领域中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳能电池的能量，必须采用核电源。所以，核动力卫星在外行星探测中占据重要位置。
美国航天器使用核电池的历史
从上世纪中叶起，美国在 “先驱者”10号、11号探测器，“旅行者”1号、2号探测器，木星和土星探测器中，都使用了同位素温差发电器作为电源。就是因为采用核电源，美国“旅行者1号”行星探测器，才创造了世界卫星远航史上的辉煌纪录。目前它是离地球最远(飞行约近200亿公里)和飞行速度最快的人造卫星。它用了36年的时间，飞行到了太阳系的边缘。
以钚238放射性同位素作热源的同位素温差发电器，曾用于美国“子午仪”号导航卫星(低轨道导航卫星系列。又称海军导航卫星系统，英文缩写为NNSS。主要功用是：为核潜艇和各类海面舰船等提供高精度断续的二维定位，用于海上石油勘探和海洋调查定位、陆地用户定位和大地测量等。从1960年4月到80年代初共发射30多颗。美国在1964年4月发射“子午仪”号导航卫星时，因发射失败卫星所携带的放射性同位素源被烧毁，钚238散布在大气层中并扩散至全球。后来改用特种石墨作同位素源外壳，以防烧毁。)、“林肯”号试验卫星(早在1965年，美国林肯号试验卫星上便使用钚 238放射性同位素作热源的同位素温差发电器)和“雨云”号卫星(是美国第二代试验气象卫星系列。从1964年8月到1978年10月共发射了7颗。雨云号卫星的任务是试验新的气象观测仪器和探测方法。美国在1965年发射的一颗军用卫星中，用反应堆温差发电器作为电源。但由于电源调节器出现故障仅工作43天。1968年5月“雨云”号气象卫星发射失败时，核电源落入圣巴巴拉海峡，后被打捞上来。)。
前苏联航天器使用核电池的情况
另据了解，前苏联在1967～1982年期间，共发射了24颗核动力卫星，都属于海洋监视卫星。卫星带有以浓缩铀235为燃料的热离子反应堆，核能功率为5～10千瓦。不过核动力并不是用来驱动卫星，只是利用放射性元素衰变时放出的热量，通过热电偶产生电能给卫星上的设备供电。这些核动力卫星，多在200多公里的低轨道上工作，完成任务后核反应堆舱段与卫星体分离，并将小型火箭推到大约1000公里的轨道，可运行600年。
1978年1月24日，苏联“宇宙”954号核动力卫星发生故障，核反应堆舱段未能升高而自然陨落，未燃尽的带有放射性的卫星碎片散落在加拿大境内，造成严重污染。1983年1月“宇宙”1402号核动力卫星发生类似故障，核反应堆舱段在南大西洋上空再入大气层时完全烧毁。
随着后来美苏太空竞赛的冷却，人类探索深空的脚步放缓。由于在近地轨道，核电池的性价比不及太阳能电池，此外，目前全球钚238主要产自俄罗斯，燃料来源的局限也拖累了核电池的发展、应用。
美国第一辆采用核动力驱动的火星车
但是，近年来，由于深空探测在航天大国的发展，核电池使用见多。比如美国宇航局的好奇(Curiosity)号火星探测器(“火星科学实验室”)，它是一个受地面遥控的，有汽车大小的美国第四个火星探测器，也是人类建造的第一辆采用核动力驱动的火星车。美国“好奇号”火星探测器上，就搭载了六轮自重900千克的火星车，而火星车核动力装置。是一个重约45公斤，含4.8千克的钚-238，发电功率140瓦的核电池，至少可以保证对“好奇号”进行14年的核能系统。在这里，核能是以 “微型化”的方式被利用的。
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