为什么当前的反应堆只选用少数的反应堆设计？
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已经有了多种不同的反应堆设计，但是相对来说只有很少的几个设计概念被广泛使用。技术的选择常常与倡议人和政府的支持有关。20世纪50年代初，当商业核电厂刚起步时，美国政府就开始投资潜艇反应堆项目。负责这个项目的海曼·乔治·里科弗认为，为了适应潜水艇狭小空间的限制，需要选用小型的反应堆。核海军立即选定两种设计：压水反应堆和沸水反应堆。因为美国能为反应堆堆芯制造大量高浓缩铀，海军决定用武器级的铀作为燃料来驱动舰艇。商业反应堆的设计模仿了海军的这两种设计，只不过用的是低浓缩铀燃料而不是武器级的。或许，如果没有对核动力军舰如此之大的推动，或者美国海军没有选用这两种设计，那么全世界的商业反应堆团队可能会选用不同的设计，这些设计的发电效率有可能更高。在将来，后面讨论的Ⅳ代反应堆，可能会允许这样做并带来其他的好处，只要它们能够克服制度上的惯性，去替换已经十分成熟的技术。
什么是Ⅳ代反应堆？为什么它被认为会带来潜在的革命性变化？
目前运行的反应堆主要是Ⅱ代的，它们大部分是以20世纪50年代的Ⅰ代反应堆为基础的。Ⅲ代的一些反应堆正在开始投入生产，一般认为它们是在Ⅱ代反应堆的基础上做了一些发展和改进而设计出来的。真正革命性设计的商业化应用可能要等到21世纪中期。这些革命性设计通常被称作Ⅳ代反应堆。虽然Ⅳ代反应堆的一些设计主要是在前一代的基础上进行的，但是这些新技术可能会带来明显的突破性进展，特别是在安全性和高效率方面。Ⅳ代反应堆论坛已经研究了6种主要的设计形式。
第一，超临界水冷反应堆使用水作为冷却剂，但其温度和压力都要比典型的Ⅱ代、Ⅲ代压水反应堆高得多。更高的温度会有更高的能效——约为45%，而压水反应堆只有约33%。因为水处于超临界状态，故能直接引入蒸汽机，而不需要有一个蒸汽发生器和一个二次回路，结果是可以大幅度节约成本。
第二，温度非常高的气体反应堆将用石墨慢化中子，用氦作为冷却剂。比当前设计更好的一个优点是，在化学性质上氦是非放射性的。而且此反应堆的高温高达950℃，与Ⅱ代反应堆的315℃相比，意味着这是一个效率更高的反应堆。非常高的温度还可以为工业利用和氢的生成提供大量的热量。丰富的氢可以给小汽车和大卡车中的燃料电池提供动力。这样的汽车排放很少的或根本不排放有害气体。
第三，气体冷却的快反应堆将使用高能的或快速运动的中子引发链式反应，使用氦气从反应堆堆芯转移热量。其温度高得足以高效率地发电和产生氢气。这类反应堆也能在一种燃烧模式中消耗寿命长的易裂变材料，或以增殖模式生成更多的钚作为燃料。前一种模式有可能减少需要储存的放射性废物的数量。但是原则上，后一种模式可能被滥用于制造武器级的易裂变材料。
第四，铅冷却的快反应堆也将使用快中子，但是代之以用液态铅或液态铅铋合金转移反应堆堆芯的热量。此反应堆可以在高温也可以在超高温下运行，由此能够生产氢。这种设计的另一个优点是它所用燃料的灵活性很大。它可以使用铀、钚或钍基燃料，也可以燃烧其他易裂变材料。设计者设想了一个广泛的额定功率区间，从较小的300兆瓦电力(300 MWe)机组到1400兆瓦电力的反应堆，前者有着并入许多发展中国家电网的潜在优势。
第五，钠冷却反应堆是使用液态钠来转移热量的。这种设计已在一些国家中得以应用，一般不认为它像Ⅳ代反应堆的其他设计那样具有革命性。在泄漏事故中，钠冷却是极具危害性的，因为钠容易引发火灾。1995年，日本的文殊快堆的第二个冷却系统发生了一次小孔泄漏事件。虽然钠与空气中的氧发生的反应被遏制住了，但这座反应堆还是被迫关闭了。日本核工业主管部门仍然在设法获得公众的信任，以便重新启用这座反应堆。它的商业重启，当时预计至少一直要拖延到2014年。在法国，超凤凰快堆由于“成本过高”和运行情况不佳，1997年被利昂内尔·若斯潘总理下令关闭。另外，他的政治支持者普遍反对核电，特别是超凤凰快堆。俄罗斯目前正在运行一座钠冷却快堆。印度似乎也决心要推进这种类型的反应堆的建设，但是，由于印度最近获准进入为热中子反应堆供应燃料的商业铀市场，这样做的动机可能会发生改变。
第六，熔盐快堆属于快中子设计系列，不过它采用液态氟化盐作为冷却剂，与铀燃料一起加入混合盐中。反应堆堆芯的温度可以高得足以产生氢。此设计的另一变化形式是使用石墨适度使中子减速。氟化铀盐燃料有着不产生乏燃料的优点。而且，燃烧寿命长的核废物可以大大降低储存高放射性废物的要求。
虽然所有这些设计已经经过初步研究，有了某些方面的运行经验，但是要快速达到商业化地步，似乎还需要政府的大量投资。由于前期成本巨大，工业界将抵制这种投资。
核反应堆除了发电还能做些什么？
一些海军部门已经在使用核反应堆来发电，并为潜艇以及水面舰艇提供动力。船舶利用核反应堆通过产生蒸汽驱动涡轮机来提供动力，涡轮机通过轴与推进器相连。例如，苏联曾制造250多座反应堆供海军船只使用，这些反应堆的大部分在冷战结束后退役了。俄罗斯也使用核反应堆来驱动北冰洋上的破冰船只。另外，俄罗斯的工程师们已经制成了流动的核反应堆，这些核反应堆能被拖到沿海需要电力的小镇上。
除航海用核反应堆外，科学家们已经使用几百个研究型核反应堆来研究中子和γ射线对卫星部件等材料的影响，通过中子活性分析来制造不同的材料，生产供研究和商业用的放射性同位素。这些核反应堆的功率要比发电用商业核反应堆的小得多。出于防止核扩散的考虑，对级别在25兆瓦(热功率)以上的研究型核反应堆需要加以关注。这种大小的核反应堆产生的钚足以每年制造一件核武器。使用某些种类的放射性同位素制造的电池能够实现边缘地区的电力供应，如供电给远离人口中心的灯塔和航天探测器等。