放射性同位素电池在美、俄等国已实际应用，用于航天器的能源供应、海事活动及医学等。

在深海里，太阳能电池根本派不上用场，燃料电池和其他化学电池的使用寿命又太短，所以只能使用放射性同位素电池。例如，现在已用它作海底潜艇导航信标，能保证航标每隔几秒钟闪光一次，几十年内可以不换电池。人们还将核电池用作水下监听器的电源，用来监听敌方潜水艇的活动。还有的将放射性同位素电池用作海底电缆的中继站电源，它既能耐五六千米深海的高压，又少花费成本。

在医学上，放射性同位素电池已用于心脏起搏器和人工心脏。它们的能源要求精细可靠，以便能放入患者胸腔内长期使用。植入人体内的微型放射性同位素电池以钽铂合金作外壳，内装150毫克钚238，整个电池只有160克重，体积仅18立方毫米。它可以连续使用10年以上。

1969 年7月21日，在使人类第一次成功地登上月球阿波罗11号飞船上，安装了两个放射性同位素装置，其热功率为15瓦，用的燃料为钚 －238。该装置叫做ALRH（Apolo Lunar RI Heater）装置，意思是阿波罗在月球上用的放射性同位素发热器。

在后来发射的用于探索月面的阿波罗宇宙飞船 上，安装的放射性同位素装置全是SNAP－27A装置。它用的燃料是钚－238，设计的电输出功率为63.5瓦，整个装置重量为31千克，设计寿命为一年。

与此同时，处于背阳的月面，其温度会急剧下降好几百度，从酷热一下变成了严寒的世界。为了使卫星上的地震仪 、磁场仪以及其它机械能正常工作，必须利用余热进行保温。

在阿波罗12号飞船上首次装载的放射性同位素电池——SNAP－27A装置，其寿命远远超过设计时考虑的一年，并能连续供给70瓦以上的电力 。由于这一实验获得成功，后来在1970年发射的阿波罗14号以及随后的阿彼罗15号、16号、17号等飞船上都相继安装了SNAP－27A装置。

2012年8月6日，降落火星的美国好奇号火星车就使用了这种“核电池”，他可以为好奇号持续供电14年。