Писатели-фантасты и популяризаторы науки заговорили об атомных ракетах еще в 1930-е годы. В США первым ученым, который всерьез рассуждал об осуществимости этого проекта, был Станислав Улам\Stanislaw Ulam. Американец польского происхождения, выпускник Львовского Политехнического Института, Улам был исключительно сильным математиком и физиком-расчетчиком (в частности, вместе с Эдвардом Теллером\Edward Teller он разработал теоретические основы конструкции водородной бомбы).

В 1944 году Улам и его коллега Фредерик де Хоффман\Frederick de Hoffman впервые провели теоретический анализ возможностей применения ядерных ракетных двигателей для космических полетов. Через 11 лет Улам и Корнелиус Эверетт\Cornelius Everett в секретной докладной записке предложили разгонять космические корабли с помощью маломощных ядерных взрывов. Энергия взрыва должна была тратиться на испарение диска из твердого вещества, расположенного между кормой корабля и ядерным зарядом. Возникающий поток плазмы отражался бы от кормового экрана и толкал корабль вперед.

Идея Улама и Эверетта легла в основу проекта Orion, над которым в 1958 году начала работать калифорнийская корпорация General Atomics, до этого занимавшаяся только коммерческими ядерными реакторами. Под эту задачу выделил деньги и Пентагон, впрочем, не слишком большие. До атомных взрывов дело не дошло, испытывались лишь различные модели дисков и экранов. Поначалу участники проекта были исполнены такого оптимизма, что всерьез надеялись запустить атомный корабль к Сатурну не позже 1970 года. Но в начале 1960-х годов министр обороны США Роберт Макнамара\Robert McNamara пришел к выводу, что в военном плане эта идея бесперспективна. В 1963 году СССР, США и Великобритания договорились о запрете всех ядерных взрывов за исключением подземных. В результате, проект Orion вступил в противоречие с международным правом и годом спустя прекратил свое существование. Обошелся он в целом в $11 млн.

Был еще проект Helios, для реализации которого также предполагалось применять ядерную взрывчатку. Однако разработчики этой системы предлагали детонировать атомные заряды не вне, а внутри корабля, в заполненной водой сферической камере из термостойкого материала. Образовавшийся при взрыве пар должен был выбрасываться через сопла и разгонять ракету. Этот проект существовал только на бумаге, никаких связанных с ним экспериментов не проводилось.

Дальше всего в США зашли работы, начатые в рамках проекта NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Формально он был одобрен Комиссией по Атомной Энергии в ноябре 1955 года, хотя всерьез его стали осуществлять только два года спустя. Конечные цели проекта NERVA не раз менялись. В конце концов было решено построить два пилотируемых корабля с ядерными двигателями, которые в начале 1980-х годов доставили бы 12 американских астронавтов на Марс и возвратили их назад на Землю. Начиная с 1959 года в рамках этого проекта с разной степенью успеха были опробованы экспериментальные ядерные реакторы Kivi,  Phoebus, PEWEE и NF-1. В 1968 году состоялись стендовые испытания прототипа будущего ракетного мотора XE Prime мощностью 1100 мегаватт, и уже шло дело к изготовлению образца для летных испытаний. Однако в 1972 году программу закрыли, сочтя ее чересчур дорогой и практически ненужной. К этому времени американское руководство перестало считать отправку астронавтов на Марс возможным козырем в космическом соревновании с СССР. Что же касается научного исследования Красной Планеты, то к тому времени стало очевидно, что его можно с успехом поручить автоматическим зондам и спускаемым аппаратам-роботам.

В последней четверти двадцатого века НАСА больше не занималось разработкой ядерных ракетных двигателей. Министерство Обороны США еще некоторое время сохраняло опытно-конструкторскую программу SNAP (Space Nuclear Thermal Propulsion), но в 1992 году ее финансирование полностью прекратили. В общей сложности на все эти проекты было истрачено около $1.4 млрд.