毋须处理蒸气，系统的热能转换效率可以得到提高。正在发展这种技术的国家包括有：美国、南非、荷兰等。中国的华能亦与清华大学合作研究；目前已建有10兆瓦的试验反应堆，并计划于五年内兴建第一座商用发电厂。
设计.球床反应堆把铀、钍或钚氧化物核燃料，包装在网球大小，以热分解石墨制成的球状容器内，称为卵石（Pebble）。球状燃料放置在罐状容器内，让氦、氮或二氧化碳等冷却剂在燃料球之间通过，将热能带走。冷却剂可以直接推动涡轮，亦可以经过热交换，以第二循环的气体或蒸气推动涡轮。球床反应堆