用是将热离子核燃料元件直接集成到核反应堆的堆芯中，以便在太空中生产电力。热离子转换器的极高工作温度使它难以在其他应用中得到实际使用，但在需要辐射散热的太空电力应用中，热离子转换器比其他能量转换技术具有决定性的优势。1963年至1973年期间，美国、法国和德国开展了大量的热离子太空反应堆开发项目，1983年至1993年期间，美国恢复了重要的热离子核燃料元件开发计划。1967年至1988年间，前苏联将热离子动力系统与各种核反应堆(贝斯5型、托帕兹)结合使用，作为部分军事监视卫星的电源，更多详情参见宇宙954