放射性同位素热电发电机(RTG)自1961年以来一直是美国太空探索的主要动力来源。钚-238的高衰变热(0.56瓦/克)使其能够用作航天器、卫星和导航信标的RTG中的能量来源。它强烈的α衰变过程中，γ辐射可以忽略不计，因此只需要最简单的屏蔽手段就可以。镅-241，0.15瓦/克，是欧洲航天局青睐的另一种能源，尽管它有较高水平的相对低能量伽马辐射，但是其氧化物燃料产生的热量通过静态热电元件(固态热电偶)转化为电能。
RTG是安全、可靠和免维护的，可以在非常恶劣的条件下提供数十年的热量或电力，特别是在太阳能不可行的地方。欧洲航天局的研究表明了这种能源的重要性，2014年菲莱登陆器对彗星67P进行了探测，然而装有电池和太阳能电池板的菲莱停在彗星表面时被悬崖遮挡住阳光——这意味着着陆器无法利用太阳能，菲莱只能在电池电量耗尽前发送64小时的数据。
菲莱登陆器
迄今为止，已有超过45组RTG为超过25架美国航天器提供动力，包括阿波罗、先锋、维京、航海家、伽利略、尤利西斯和新视野号航天任务以及许多民用和军用卫星。卡西尼星际探测器在探索土星时搭载了三个涡轮发电机，从33千克钚-238氧化物提供870瓦的能量。它于1997年发射，2004年进入土星轨道，运行良好，直到2017年9月终止。
卡西尼星际探测器
航海家探测器 1 & 2自1977年发射以来，发回遥远行星照片的航天器已经运行了超过35年，预计到2025年将发回由RTG供电的信号。
航海家探测器
伽利略号木星探测器，于1989年发射，搭载了570瓦的RTG。
伽利略号木星探测器
最新的钚动力RTG是一个290瓦的系统，被称为GPHS·RTG。该系统的热能来自18个通用热源(GPHS)装置。每个GPHS包含四个铱包陶瓷钚-238燃料芯块，重1.44公斤。多任务RTG（MMRTG)(见下图)使用了八个GPHS装置，总重量为4.8千克氧化钚，可产生约110瓦电能，每天可提供2.7千瓦的能源。

多任务放射性同位素热电发电机(MMRT)
美国国家航空航天局使用火星科学实验室任务漫游车好奇号(见下图)重达890公斤，大约是以前火星漫游车质量的五倍。

美国宇航局的好奇号火星探测器
俄罗斯的空间研究所(IKI)和鲍曼莫斯科国立技术大学正在开发三种类型的月球车，其中一种是重型“核动力”月球车，重达550-750公斤，旨在研究月球极地。除了太阳能电池板和电池之外，该月球车还将安装一个核动力源，使其能够运行最多400公里。它将携带多达70公斤的科学设备，包括从1.5米深处提取土壤样本的特殊钻机。月球车还将配备16种仪器来研究月球的风化层和地震活动。
ExoMars是俄罗斯航天局罗斯科莫斯和欧洲航天局(欧空局)的一个联合项目，目的是研究火星上生命的证据，并将利用实时地球观测系统。该任务最终将向火星交付一辆欧洲漫游者和一个俄罗斯地面平台。任务的第一部分于2016年启动，主要目的是测试甲烷和其他痕量大气气体的证据。任务的第二部分计划于2020年发射。
新视野号探测器有一个250瓦、30伏的GPHS·RTG系统，2015年到飞越冥王星时(它于2006年发射)，它已经衰减到大约200瓦。该系统使用10.9公斤的Pu-238氧化物作为能量来源。新视野号探测器有16个喷气推进器控制着478公斤飞行器的轨迹和姿态。
斯特林放射性同位素发生器(SRG)基于一个55瓦的电力转换器，由一个GPHS装置供电。斯特林转换器的热端达到650℃，加热的氦气驱动自由活塞在直线交流发电机中往复运动，热量在发动机的冷端被排出。交流电然后被转换成55瓦的DC。斯特林发动机从钚燃料中产生的电能大约是RTG的四倍。因此，每个SRG将使用两个斯特林转换器单元，由两个GPHS单元提供大约500瓦的热能，并将从大约1千克钚238中提取130-140瓦的电能。SRG和先进的SRG (ASRG)已经过广泛的测试，但尚未飞行。美国国家航空航天局计划使用两个人造卫星导航系统探测土星的卫星-土卫六(泰坦母马探索者，TiME)或彗星维尔塔宁，尽管这些任务已经推迟，以支持原定于2016年3月的火星探索任务。
自20世纪90年代以来，美国一直依赖俄罗斯在玛雅克生产的钚-238供应，并购买了16.5公斤钚。中国的嫦娥三号月球着陆器显然使用带有钚-238的RTGs。
嫦娥三号
镅-241也可用于RTGs。它的能量约为钚-238的四分之一，但更便宜，而且容易从清理老化的民用钚库存中获得。它还有更长的半衰期——432年，而不是88年。然而，欧洲航天局正着手使用它，并支付国家核实验室从英国民用钚中回收的镅-241用于其放射性核素。相对于钚238(通常含有一些杂质)，在RTG需要大约两倍质量的纯镅-241。
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