1941 年，加州理工大学着名物理学家兰特博士提出了用铀 235 作为动力源驱动汽车的设想。1945 年，着名汽车设计师威廉·斯托特也提出了用原子能驱动汽车的设想。20 世纪 40 年代末到 50 年代初，随着核动力潜艇和舰船的大力研发，业界掀起了一波开发核动力汽车的热潮，美国、欧洲和俄罗斯都开始研究这类「永动机」式的交通工具。20 世纪 50 年代又被称为「原子时代」，各种核能利用的设想与实际应用层出不穷，到 20 世纪 60 年代初期，前后出现了 5 款核动力概念汽车。核能的设计构想及其展示出的无限潜力，给了人类巨大的想象空间。
1958 年，福特汽车公司设计出了世界上第一款核动力概念汽车模型，取名为「核子」。这款核动力概念汽车模型的尺寸不到正常汽车的一半，两个突起的尾鳍尤为醒目。
「核子」核动力概念汽车的驱动原理与世界上第一艘核潜艇——美国「鹦鹉螺号」类似。按照其设计构想，在车尾后备箱的位置放置提供动力的小型反应堆，并使用 2 个由裂变核能驱动的蒸汽发动机，动力室可完全拆除。根据裂变释放的核能推算，这款汽车能够一次行驶大约 8000 千米。位于美国密歇根州迪尔伯恩市的亨利·福特博物馆里至今仍保存着一款仿制的「核子」核动力概念汽车模型。
1958 年，瑞士日内瓦车展上同时展出了 2 款核动力概念汽车。其中一款为法国的 Arbel Symétric，由 Arbel 汽车公司设计。它的最大特点是规划使用放射性废料作为燃料，采用一个 40 千瓦的核能热发生器，并利用热电效应产生的电带动电动机来驱动汽车。但法国政府没有批准核燃料在汽车上的应用，Arbel 公司也因此债台高筑，很快倒闭。另一款是来自美国的 Astral，由 Studebacker-Packard 公司设计推出。其最大特点是全盘的科幻样式，整台车仅有一个车轮，靠陀螺仪平衡。按照设计构想，这款车还能在水上行驶，并配备一种类似于力场的保护性能量帘，以期有效避免发生碰撞车祸。遗憾的是，Studebacker-Packard 公司一年后也倒闭了。
1959 年，日内瓦车展上又展出了一款核动力概念汽车。这款汽车由法国 Simca 汽车公司设计，并取名为 Fulgur(拉丁语中意为「闪电」)。其设计构想和特点是利用核能驱动，声音控制并由雷达导向。整辆车使用陀螺仪平衡，两个车轮隐藏在车底，看上去就像一款飞行器。此后，Fulgur 核动力概念汽车还分别在纽约和芝加哥车展上展出。
1962 年，福特汽车公司推出第 2 款核动力概念汽车，并在西雅图世界博览会上展出。这款汽车被命名为 「Ford Seattle-ite XXI」，是一款尺寸大小仅为正常汽车 3/8 的模型汽车。其外形结构上的最大特点是有 6 个车轮，前面 4 个为导向轮，后面 2 个则是固定的，而它的动力设计构想则是小型核推进装置。
首先，安装在汽车上的核反应堆受尺寸的限制，很难获得自持的链式反应。除非使用高浓缩铀，但那样一来每一辆行驶在马路上的汽车都将变成一颗原子弹。而车祸永远都是不可避免甚至是较高概率的事件，一旦发生车祸，后果不堪设想。
其次，即使是非常微型的反应堆也必须进行辐射防护。根据推算，对车载反应堆进行辐照防护需要重达 5 万千克的铅，这显然是难以实现的。20 世纪 50-60 年代出现的几款核动力概念汽车的设计，都是基于「轻型防护材料将在不远的将来出现」这一假定之上的，但很不幸，这种材料迄今仍未开发出来。
最后，汽车不同于核潜艇或者核电站那样的大型且受严格管制的核设施，而是属于普通大众商品。核动力汽车意味着核材料的无限制扩散，20 世纪 50-60 年代之所以兴起核动力汽车的各种设计构想，就是因为当时「核不扩散」这一国际安全机制还没有被提出。此外，恐怖主义在当时也不像现在这样活跃。
尽管核动力汽车的发明存在诸多困难和障碍，但是在气候变化和能源短缺的大背景下，人类利用核能驱动汽车的梦想并未完全破灭。2009 年，凯迪拉克汽车公司推出了一款核动力概念汽车，其构想是使用钍作燃料来提供动力，并取名为 World Thorium Fuel(简称 WTF)。
众所周知，钍基核反应堆与传统反应堆相比，在安全性、经济性、燃料供应和核废料毒性上均具有很大优势：首先，钍燃料几乎不存在核扩散的问题，钍燃料本身以及裂变后的产物都很难用于制造武器级核材料;其次，钍的放射性很弱，只需用很轻的铝箔就可以完成辐射防护。车载钍基反应堆在构想上的确迈出了较大一步，但钍基反应堆仍处于研发阶段，距离规模化商用还有很长一段路。
2009 年，World Thorium Fuel 核动力概念汽车在芝加哥车展上展出。按照其设计构想，这款汽车将使用特殊强化材料和多重备件，其动力系统号称可以连续运行 100 年而不需要任何维护和添加燃料续航。但是，钍基反应堆在技术上仍不成熟，还存在许多亟待解决的问题，因此这款汽车仍然停留在概念阶段。
2011 年，位于美国马萨诸塞州的一家名叫激光发电系统的创新企业宣布：其正在研究用加速器激发钍金属产生的激光作为能量源来驱动汽轮发电机的系统。这是一种全新的技术，其设计核心是使用钍作为激光源。与传统激光不同的是，钍被激发后发射出的并不是相干光束，而是产生高聚集的热量。剩余的过程则与通常的蒸汽热电转换系统无异。
使用钍燃料的核动力汽车设想在可行性上可谓迈出了很大的一步，着名科学杂志《科学美国人》的特约编辑史蒂文·阿什利将钍燃料核动力汽车称为「具有合理性内核的设想」。科技正在以常人难以想象的速度发展，按照未来学家提出的加速回报定律，出现让人们惊讶的新事物的周期将变得越来越短。或许在我们的有生之年，核动力汽车会变得和现在的智能手机一样稀松平常。
