據了解，當放射性物質衰變時，能夠釋放出帶電粒子，如果正確利用的話，能夠產生電流。核電池有其穩定程度。通常不穩定(即具有放射性)的原子核會發生衰變現象，在放射出粒子及能量后可變得較為穩定。核電池正是利用放射性物質衰變會釋放出能量的原理所制成的，此前已經有核電池應用于軍事或者航空航天領域，但是電池體積往往很大。 過去在電池的研發過程中面臨的重大難關之一，就是為了提高性能，電池大小往往比產品本身還大。
由美國密蘇里大學計算機工程系教授權載完(音譯)率領的研究組曾成功為“核電池”瘦身，所研發出的“核電池”體積小但電力強。他們做出的核電池大小只是略大于1美分硬幣(直徑1.95厘米，厚1.55毫米)，但其輸出能量遠比一般化學電池為高，發出的電力高達普通化學電池的100萬倍。
核電池的另一誘人之處是，核電池比起一般電池有很長的壽命，提供電能的同位素工作時間非常長，甚至可能達到5000年。在不久的將來，只需要一個硬幣大小的核電池，就可以讓你的手機不充電使用5000年。
在航天領域，在航天器上，核能往往就是以這種種“微型電池化”的方式被利用的。尤其在外太空行星探測領域中，由于空間探測器遠離太陽，難以利用太陽能電池的能量，必須采用核電源。所以，核動力衛星在外行星探測中占據重要位置。
美國航天器使用核電池的歷史
從上世紀中葉起，美國在 “先驅者”10號、11號探測器，“旅行者”1號、2號探測器，木星和土星探測器中，都使用了同位素溫差發電器作為電源。就是因為采用核電源，美國“旅行者1號”行星探測器，才創造了世界衛星遠航史上的輝煌紀錄。目前它是離地球最遠(飛行約近200億公里)和飛行速度最快的人造衛星。它用了36年的時間，飛行到了太陽系的邊緣。
以钚238放射性同位素作熱源的同位素溫差發電器，曾用于美國“子午儀”號導航衛星(低軌道導航衛星系列。又稱海軍導航衛星系統，英文縮寫為NNSS。主要功用是：為核潛艇和各類海面艦船等提供高精度斷續的二維定位，用于海上石油勘探和海洋調查定位、陸地用戶定位和大地測量等。從1960年4月到80年代初共發射30多顆。美國在1964年4月發射“子午儀”號導航衛星時，因發射失敗衛星所攜帶的放射性同位素源被燒毀，钚238散布在大氣層中并擴散至全球。后來改用特種石墨作同位素源外殼，以防燒毀。)、“林肯”號試驗衛星(早在1965年，美國林肯號試驗衛星上便使用钚 238放射性同位素作熱源的同位素溫差發電器)和“雨云”號衛星(是美國第二代試驗氣象衛星系列。從1964年8月到1978年10月共發射了7顆。雨云號衛星的任務是試驗新的氣象觀測儀器和探測方法。美國在1965年發射的一顆軍用衛星中，用反應堆溫差發電器作為電源。但由于電源調節器出現故障僅工作43天。1968年5月“雨云”號氣象衛星發射失敗時，核電源落入圣巴巴拉海峽，后被打撈上來。)。
前蘇聯航天器使用核電池的情況
另據了解，前蘇聯在1967～1982年期間，共發射了24顆核動力衛星，都屬于海洋監視衛星。衛星帶有以濃縮鈾235為燃料的熱離子反應堆，核能功率為5～10千瓦。不過核動力并不是用來驅動衛星，只是利用放射性元素衰變時放出的熱量，通過熱電偶產生電能給衛星上的設備供電。這些核動力衛星，多在200多公里的低軌道上工作，完成任務后核反應堆艙段與衛星體分離，并將小型火箭推到大約1000公里的軌道，可運行600年。
1978年1月24日，蘇聯“宇宙”954號核動力衛星發生故障，核反應堆艙段未能升高而自然隕落，未燃盡的帶有放射性的衛星碎片散落在加拿大境內，造成嚴重污染。1983年1月“宇宙”1402號核動力衛星發生類似故障，核反應堆艙段在南大西洋上空再入大氣層時完全燒毀。
隨著后來美蘇太空競賽的冷卻，人類探索深空的腳步放緩。由于在近地軌道，核電池的性價比不及太陽能電池，此外，目前全球钚238主要產自俄羅斯，燃料來源的局限也拖累了核電池的發展、應用。
美國第一輛采用核動力驅動的火星車
但是，近年來，由于深空探測在航天大國的發展，核電池使用見多。比如美國宇航局的好奇(Curiosity)號火星探測器(“火星科學實驗室”)，它是一個受地面遙控的，有汽車大小的美國第四個火星探測器，也是人類建造的第一輛采用核動力驅動的火星車。美國“好奇號”火星探測器上，就搭載了六輪自重900千克的火星車，而火星車核動力裝置。是一個重約45公斤，含4.8千克的钚-238，發電功率140瓦的核電池，至少可以保證對“好奇號”進行14年的核能系統。在這里，核能是以 “微型化”的方式被利用的。
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