Для по­ле­тов к Луне или, на­при­мер, к Марсу до­сточ­но су­ще­ству­ю­щих хи­ми­че­ских ра­кет­ных дви­га­те­лей, в ко­то­рых для со­зда­ния тяги ис­поль­зу­ет­ся энер­гия сго­ра­ния топ­ли­ва. Но для того, чтобы ле­теть даль­ше, к внеш­ним пла­не­там Сол­неч­ной си­сте­мы (или к бли­жай­шим звез­дам), и не тра­тить на это мно­гие де­ся­ти­ле­тия, нужны дви­га­те­ли прин­ци­пи­аль­но­го но­во­го типа. В новых ядер­ных дви­га­те­лях можно ис­поль­зо­вать энер­гию ядер­но­го рас­па­да тя­же­лых ра­дио­ак­тив­ных ядер. Но наи­боль­шую энер­гию на се­го­дняш­ний день можно по­лу­чить, ис­поль­зуя ре­ак­ции тер­мо­ядер­но­го син­те­за.

Любой ра­кет­ный дви­га­тель со­зда­ет тягу, вы­бра­сы­вая в окру­жа­ю­щее про­стран­ство ве­ще­ство, ко­то­рое яв­ля­ет­ся ра­бо­чим телом. Из сопла обыч­ных ракет ис­те­ка­ют га­зо­об­раз­ные про­дук­ты сго­ра­ния топ­ли­ва. В тер­мо­ядер­ном дви­га­те­ле ра­бо­чим телом будут слу­жить во­до­род или гелий, разо­гре­тый энер­ги­ей де­ле­ния ядер урана или плу­то­ния. Сила тяги лю­бо­го дви­га­те­ля за­ви­сит от ско­ро­сти ис­те­че­ния, с ко­то­рой мо­ле­ку­лы ра­бо­че­го тела вы­бра­сы­ва­ют­ся из сопла. Под­няв тем­пе­ра­ту­ру, можно уве­ли­чить ки­не­ти­че­скую энер­гию (и ско­рость) мо­ле­кул. Од­на­ко жа­ро­проч­ные ма­те­ри­а­лы и кон­струк­ции имеют тем­пе­ра­тур­ные пре­де­лы, к тому же под­во­ди­мая энер­гия также огра­ни­че­на. Тер­мо­ядер­ные дви­га­те­ли, ко­то­рые будут разо­гре­вать лег­кий во­до­род, имеют в этом от­но­ше­нии се­рьез­ное пре­иму­ще­ство перед хи­ми­че­ски­ми, про­дук­ты сго­ра­ния ко­то­рых су­ще­ствен­но тя­же­лее.

Сей­час самые луч­шие ра­кет­ные дви­га­те­ли на хи­ми­че­ском топ­ли­ве лишь при­бли­жа­ют­ся к от­мет­ке для ско­ро­сти ис­те­че­ния, рав­ной 4500 м/с. Ядер­ные ра­кет­ные дви­га­те­ли поз­во­ли­ли бы до­стичь тем­пе­ра­ту­ры в де­сят­ки тысяч гра­ду­сов и ско­ро­сти ис­те­че­ния до 20 000 м/с. Но даже в этом слу­чае полет ко­раб­ля до внеш­них пла­нет Сол­неч­ной си­сте­мы занял бы годы.

Между тем су­ще­ству­ет спо­соб под­нять ско­рость ис­те­че­ния на мно­гие по­ряд­ки. Тем­пе­ра­ту­ра плаз­мы при тер­мо­ядер­ном син­те­зе со­став­ля­ет не де­сят­ки тысяч, а мил­ли­о­ны гра­ду­сов, а оце­ноч­ная (тео­ре­ти­че­ская) ско­рость ис­те­че­ния может до­сти­гать до 21 500 000 м/с! В су­ще­ству­ю­щих про­ек­тах тер­мо­ядер­ных дви­га­те­лей поток плаз­мы, со­зда­ю­щий тягу дви­га­те­ля, ис­те­ка­ет из от­кры­тых ци­лин­дров  — маг­нит­ных ло­ву­шек. Самый про­стой ва­ри­ант та­ко­го дви­га­те­ля  — проб­ко­трон (см. рис.), со­сто­я­щий из двух маг­нит­ных ка­ту­шек, рас­по­ло­жен­ных на не­ко­то­ром уда­ле­нии друг от друга и удер­жи­ва­ю­щих плаз­му.