Nuklearno gorivo izgara u jezgi reaktora stvarajući veliku količinu topline. Voda primarnog rashladnog kruga tu toplinu odvodi do parogeneratora i predaje ju sekundarnom rashladnom krugu stvarajući paru. Kod nekih se plovila ta para direktno koristi za pogon plovila, dok se kod drugih prvo proizvodi električna energija, a zatim se električna energija koristi za pogon. Najveća termička snaga američkih mornaričkih nuklearnih reaktora je 10-tak puta manja od termičke snage Nuklearne elektrane Krško i iznosi cca. 190 MW.

Mornarički reaktori uglavnom su PWR tipa, odnosno tlakovodni reaktori, iako su sovjeti eksperimentirali i sa reaktorima hlađenim tekućim metalom. Kao pogonsko gorivo u tlakovodnim se mornaričkim reaktorima koristi obogaćeni uran.

Uran se u prirodi javlja kao smjesa nekoliko izotopa od kojih su najvažniji U235 i U238. Urana U235 u prirodnoj smjesi ima samo 0,7 % što nije dovoljno za potrebe klasičnog mornaričkog reaktora. Stoga se u gorivu umjetnom preradom povećava postotak urana U235, a smanjuje postotak urana U238. Energetaski reaktori, kakav je primjerice i onaj u NE Krško koriste do 5 % obogaćeno gorivo, dok se u mornaričkim reaktorima koristi i do 96 % obogaćeno gorivo. Na taj je način osigurana velika gustoća snage, pa su mornarički reaktori relativno malog volumena.

Prvi nosač zrakoplova na nuklearni pogon, američki Enterprise (CVN 65) ima osam mornaričkih nuklearnih reaktora tipa A2W koji 335 m dugačkoj i 89000 tona teškoj čeličnoj grdosiji omogućavaju maksimalnu brzinu od 30 čvorova. Ukupna snaga pogona je nevjerojatnih 280000 KS. Enterprise je porinut 1960. godine i još uvijek je u aktivnom vojnom statusu.

Nosač zrakoplova Enterprise snimljen na 40. obljetnicu porinuća

Deset aktivnih nosača zrakoplova klase Nimitz imaju dva napredna mornarička reaktora (A4W). Američka ratna mornarica planira izgradnju tri nova nosača zrakoplova klase Gerald R. Ford koji bi također trebali imati po dva mornarička reaktora novog, naprednog dizajna (A1B). Porinuće prvog u klasi očekuje se 2015. godine.

Sovjetska, odnosno ruska ratna mornarica nema nosača zrakoplova na nuklearni pogon. Njihov je ponos i, naravno najmoćniji površinski ratni brod, bojna krstarica klase Kirov. Po veličini (dugačka je 252 m uz istisninu od 24300 t) slična je bojnim brodovima iz II svjetskog rata i premašuju je samo nosači zrakoplova. Izgrađena su četiri takva broda, a trenutno su dva u aktivnom sastavu ruske mornarice. Za primarni pogon koristi 2 nuklearna reaktora tipa KN-3 termičke snage 300 MW. Isti takvi reaktori trebali su biti ugrađeni i u prvi sovjetski supernosač zrakoplova (Ulyanovsk) no od projekta se odustalo nakon raspada SSSR-a.

Bojna krstarica klase Kirov - prvo ime Fruntze, kasnije preimenovan u Admirral Lazarev; povučena iz uporabe

U američkoj ratnoj mornarici trenutno su aktivna tri tipa napadnih nuklearnih podmornica: klasa Los Angeles, klasa Seawolf i klasa Virginia. Sve tri klase imaju po jedan nuklearni reaktor i posadu od približno 130 mornara i časnika. Podmornice tipa Los Angeles postižu brzinu od nešto više od 20 čv, dok preostale dvije klase postižu brzine i veće od 25 čv. Naoružane su raketama Tomahawk i torpedima MK-48 (duljine 6 m i dometa 8 km). Najnovija američka napadna podmornica i za sada jedina klase Virginia, USS Virginia (SSN-774), u aktivnu je službu ušla 2008. godine. Cijena izgradnje je oko milijardu i pol američkih dolara. Testirana joj je dubina urona 244 m.

Američka nuklearna napadna podmornica USS Virginia (SSN-774)

Američke strateške nuklearne podmornice pripadaju klasi Ohio. Prva, USS Ohio (SSBN-726) porinuta je 1981. godine. Podmornica ima jedan nuklearni reaktor, dužina joj je 170 metara, a posadu čini preko 150 mornara i časnika. Svaka podmornica klase Ohio nosi 24 balistička projektila, uglavnom Trident II. Riječ je o trostupanjskim projektilima dometa većeg od 7500 km, svaki sa 14 nuklearnih bojevih glava snage do 475 KT. Usporedbe radi, atomska bomba bačena na Hirošimu imala je snagu od 15 KT. USS Ohio postala je i prva podmornica tipa SSBN koja je prerađena u tip SSGN te joj je sada službena oznaka SSGN-726. Ta je preinaka rezultirala uklanjanjem nuklearnih balističkih projektila, te je umjesto njih sada naoružana sa 154 klasične rakete Tomahawk.

Preinaka podmornice USS Ohio iz tipa SSBN u tip SSGN

Konstruktori ruskih nuklearnih podmornica više su eksperimentirali s različitim tipovima reaktora, oblicima trupa i materijalima od kojih je trup izrađen. Rezultat je veliki broj tipova podmornica, od kojih je većina van uporabe.

Svakako je najpoznatija i najfascinantnija podmornica tipa Typhoon, najveća podmornica na svijetu. Riječ je o dvotrupnoj 175 metara dugačkoj podmornici s dva reaktora. Maksimalna joj je brzina 27 čv i pripada strateškim nuklearnim podmornicama naoružanima balističkim projektilima s nuklearnim bojevim glavama. Izgrađeno je ukupno 6 podmornica tipa Typhoon, a trenutno je aktivna samo jedna i koristi se za testiranje novih balističkih raketa (Bulava) koje bi trebale biti ugrađene u novi tip ruskih strateških podmornica Borei klase.

Veliku zaslugu za slavu Typhoona ima i film "Lov na Crveni oktobar". Interesantno je da se u istom filmu pojavljuje i sovjetska nuklearna podmornica klase Alfa ("V.K. Konovalov") koju u konačnici uništava "Crveni oktobar". Podmornica klase Alfa (prema američkoj nomenklaturi, odnosno Lyra ili Projekt 705 prema sovjetskoj nomenklaturi) uistinu je postojala i dugo je godina ulijevala strah Zapadu. Naime, podmornice klase Alfa (ukupno ih je izgrađeno 7) bile su najbrže podmornice na svijetu (brzina pod vodom veća od 40 čv), a zahvaljujući obliku i uporabi titana u izgradnji trupa imale su i zaron od testiranih i operativnih 800 m, za razliku od svih ostalih napadnih i strateških nuklearnih podmornica koje su išle maksimalno do 300-400 m. Testiranja su provedena i na dubinama od 1300 m no te dubine rezultiraju oštećenjima opreme. No činjenica ostaje da je dubina loma podmornice (engl. "crush depth") veća od 1300 m. Podmornica je bila opskrbljena s jednim reaktorom hlađenim tekućim metalom, smjesom olova i bizmuta.

Sovjetska/ruska strateška nuklearna podmornica američkog naziva Typhoon (ruski tip Akula, odnosno Projekt 941)
Podmornica Lyra (Projekt 705); Alfa klasa

SAD su izgradile NS Savannah prvi trgovački brod na nuklearni pogon, za prijevoz tereta i putnika. Brod je bio aktivan od 1962. do 1972. godine. Tehnički gledano, brod je radio besprijekorno, no zbog specifičnog dizajna (dizajniran tako da bude vizualno impresivan u svrhu demonstracije mogućnosti uporabe nuklearne energije u trgovačkoj mornarici) pokazao se ekonomski neisplativ.

U Njemačkoj je 1964. godine porinut drugi trgovački brod na nuklearni pogon - Otto Hahn. Na prvo putovanje krenuo je 1970. godine. U 9 godina aktivne službe prešao je 642000 nautičkih milja posjetivši pri tome 126 luka. Prevezao je ukupno 776000 tona tereta. U cijelom tom periodu potrošeno je samo 80 kg urana.

Treći trgovački brod na nuklearni pogon bio je japanski Mutsu. Iako izgrađen 1972. godine zbog tehničkih je problema, kao i otpora javnosti, zaplovio tek 1990. godine. Samo 5 godina kasnije povučen je iz aktivne službe.

Posljednji u nizu trgovačkih brodova na nuklearni pogon je sovjetski/ruski Sevmorput. Porinut je 1988. godine i inicijalno je namijenjen za prijevoz kontejnerskog tereta. Opremljen je i pramcem sposobnim za probijanje leda do 1 m debljine. 2007. godine počela je preinaka broda u brod za podmorska bušenja.

Osim trgovačkih brodova nuklearni se pogon, daleko uspješnije, koristi i za pogonsovjetskih/ruskih ledolomaca. Prvi nuklearni ledolomac Lenjin, ujedno i prvi površinski brod na nuklearni pogon, zaplovio je 1959. godine, a iz uporabe je povučen 1989. godine. Nakon Lenjina izgrađeno je 6 ledolomaca klase Arktik namijenjenih probijanju morskih puteva na arktičkoj trgovačkoj ruti. Posljednja dva su Jamal (prikaza na slici) i 50 Let Pobedy.

Jamal je opremljen sa dva OK-900 nuklearna reaktora, svaki snage 171 MWt smještena unutar 160 tona teškog oklopa. U normalnim radnim uvjetima gorivo mijenja tek svake 4. godine. Interesantna je činjenica da brod tog tipa ne smije ploviti toplim vodama jer za hlađenje reaktora koristi hladne arktičke vode.

Osim 50 članova posade na brodu se može smjestiti i do 100 putnika. Uobičajena je praksa da tijekom ljetnih mjeseci vlasnik broda organizira, za one dubljeg džepa, i krstarenja arktičkim morima.