同位素热能发电机中使用的放射性物质必须具备以下几种特性:前两项标准将整个核素表内可能的燃料限制在原子数为30以下的同位素上。钚-238、锔-244和锶-90是最常被引用的候选同位素，其他同位素如钋-210、钷-147、铯-137、铈-144、钌-106、钴-60、锔-242、镅-241和铥等也都被研究过。
钚.钚-238的半衰期为87.7年，合理的功率密度为每克0.57瓦，以及特别低的伽马射线和中子辐射水平。钚的屏蔽要求最低。只有三种候选同位素符合最后一项标准(并非所有以上