1958年开工建造企业号核动力航母后，美国海军希望新型航母均使用核动力，原因与美国海军自20世纪50年代就不再建造常规动力潜艇一样，看中的是核动力可提供近乎无限的续航力。1963年，美国海军要求小鹰级航母第4艘约翰·肯尼迪号和之后建造的所有排水量超过8000吨的战斗水面舰艇，都要使用核动力。
约翰·肯尼迪号最终还是选择了常规动力，主要是考虑到当时核动力航母造价比常规动力航母高出1/2～1/3。更重要的原因在于，与当时舰载航空兵弱小的苏联海军对抗时，常规动力航母已经足够了。
与常规动力航母相比，核动力航母在运行、维护、操作、训练等方面，对人员要求更高。由于无需燃油，舰内可用空间增大，能装载更多的航空燃料、弹药、零部件和补给，甚至可作为远洋大型综合补给舰使用，舰载机联队战斗力、快速部署能力、危机响应速度、航程、海上自持力、持续高航速和机动性均大幅提高。
1964年7月31日，企业号航母、长滩号核动力巡洋舰和班布里奇号核动力护卫舰组成世界上第一个“全核动力”特遣编队，经直布罗陀海峡驶入大西洋，绕非洲，穿印度洋和太平洋，再绕南美洲，返回美国东海岸。3舰共搭载官兵6057名，环球航行49075千米，用时57天，编队平均航速22节，全程无需陆上基地和海上后勤舰船补给。
2008年，小鹰号退役后，美国海军在役航母全部是核动力的。随着企业号、尼米兹级相继退役和福特级陆续服役，美国航母将继续保持“全核动力化”。
与美国类似，苏联海军的航母也经历了从常规动力到核动力的发展历程，这与苏联海军从“近海防御”型到“远洋进攻”型战略的转变是一致的。
眼下，俄罗斯正实施重新装备海军的宏伟计划，俄海军重返大洋需要航母。俄罗斯曾有意对库兹涅佐夫海军元帅号实施核动力改装，研发中的新型航母和导弹驱逐舰也计划采用核动力，进而组建“全核动力化”的航母打击群。
与常规动力航母相比，核动力航母续航力强，全寿命周期内，只需在少数几次大修期间更换核燃料，福特级更是全寿命周期无需换料，在航率更高，这也相当于减少了需求航母的数量。而常规动力航母要保持较高在航率，燃油消耗量极大，且在远海和大洋执行任务时，燃油补给压力非常大，战时更是十分危险。
