1955年8月12日，苏联正式启动了核动力飞机计划。那一天，部长会议下令图波列夫设计局和米亚西谢夫设计局负责研究“把核反应堆怎么和飞机结合起来”，引擎部分则交给库兹涅佐夫和柳尔卡设计局来攻关。
图波列夫的团队觉得这项工作非常困难，保守估计要二三十年才能看见原型机。起步阶段，他们决定先做一个小型反应堆的地面测试，先解决能不能在飞机上安全工作的问题。最大的难题其实是空间限制：在船上装一个大点的反应堆无所谓，但放到飞机上会影响平衡、影响飞行性能。
他们最终选用 Tu-95 战略轰炸机作为改装平台，把改装后的版本命名为 Tu-95LAL，意思是“飞行原子实验室”。弹舱里装上反应堆，并加装上下整流罩。为了屏蔽辐射，使用液钠、氧化铍、镉、石蜡和钢板等材料进行层层叠罩的防护设计。
1958年，反应堆在地面上的测试正式启动，功率指标达到设计要求。1961年5月，Tu-95LAL 首次试飞；到同年8月，已经完成34次飞行，其中大多数是用来测试屏蔽效果的飞行。若屏蔽效果不佳，机组人员在敌方导弹来袭前就可能先因辐射受伤，因此安全性测试非常关键。测试数据显示舱内辐射水平较低，问题基本解决。整个项目从1961年一直持续到1969年，累计飞行超过40次。需要说明的是，反应堆并没有驱动飞机飞行，而是用于测试反应堤运行与防护。
展开剩余62%接下来才进入“真正走向实战体验”的计划，即 Tu-119。它是在 Tu-95 的基础上改进而来，但采用两台外侧的 NK-12M 常规引擎和两台内侧的 NK-14A 核引擎。反应堆仍放在弹舱内，通过加热空气来推动涡轮发电。机身以 Tu-114 客机为参考，稍微加宽以容纳新的系统。冷却采用蒸馏水，产生的热量通过散热器排出。核防护在 Tu-95LAL 的基础上进一步加强，增加了铅板和聚合物材料的防护，机组后部有5厘米铅板加15厘米聚合物层。原计划在1965年底进行跑道测试，但由于预算超支，项目一次次被砍撤，最终在次年取消，未能制造出原型机。
与此同时，米亚西谢夫设计局在1955年还启动了 M-60 项目。它以 M-50 轰炸机为蓝本，改为核动力版本。起降仍使用常规燃料，但达到巡航高度后切换到核系统，理论上可实现约2马赫的速度。反应堆被安置在尾部的铅屏蔽舱里，远离机组以降低辐射暴露。
不过，M-60 项目在1959年就被叫停。总体来看，苏联高层经评估后一致认为成本太高、技术难度大、环境风险也很大，因此把整条核动力飞机计划全部否定掉。
从成本角度讲，这类研发需要巨额经费，维护也极为昂贵。反应堆体积庞大，飞机的机动性因此下降。即便防护做得再好，也难以保证零泄漏，飞机在高空飞行就有辐射污染空气的潜在风险。若不幸发生坠毁，等于投放一颗污染性极强的核材料弹，辐射会向周围扩散。
美军对核动力飞机也有过类似的防护测试，但没有让反应堆驱动飞机。1961年相关计划就停了，原因与苏联相似。两国都逐渐认识到：核动力飞机在实战中的价值有限，风险却很高。科技虽进步，但从实用性来看并不划算。成本高、维护困难，一旦发生事故就可能造成核污染。相比之下，各国后来更偏向发展导弹和潜艇等更具直接打击力和隐蔽性的武器系统。
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