空気を吸い込み、それを熱核反応(核分裂または核融合)の熱を利用して膨張させ、噴射することによって推力を得るエンジン。空気を炉心に直接送り込む直接型と、熱交換器で空気を加熱する間接型に分類される*1。実用化されれば非常に長い航続距離を実現することができるが、放射能漏れを防ぐ技術が確立しておらず、また炉心などの小型化が難しいため、実用化のめどは立っていない。アメリカでターボジェットの熱エネルギーを原子炉で補うX-6実験機が計画されたものの、その前哨実験機であるNB-36に問題が多発し、実機が製作されることはなかった。一般的な原子炉の構造でいえば、前者が沸騰水型、後者が加圧水型原子炉に近しく、空気が一次冷却水の役割を果たすものと見られる。