تُولّد طاقة الثوريوم النووية بشكل أساسي عن طريق الانشطار النووي لنظير اليورانيوم 233 الناتج من عنصر الثوريوم المخصب. تتمتع دورة وقود الثوريوم بالعديد من المزايا المحتملة مقارنةً بدورة وقود اليورانيوم - بما في ذلك الوفرة الأكبر بكثير للثوريوم على الأرض مقارنةً باليورانيوم، وخصائصه الفيزيائية والنووية الأفضل، وقلة المخلفات النووية التي ينتجها. كما يتميز وقود الثوريوم بضعف امكانية استخدامه لصنع أسلحة نووية؛ إذ من الصعب تسليح نظائر اليورانيوم 233/232 والبلوتونيوم 238 التي تُستهلك بشدة في مفاعلات الثوريوم.
بين عامي 1999 و2021، ارتفع عدد مفاعلات الثوريوم الفعّالة في العالم من صفر إلى عدد قليل من المفاعلات البحثية، ثم وُضعت خطط تجارية لبناء مفاعلات الثوريوم واستخدامها كمحطات طاقة على المستوى الوطني.
يعتقد البعض أن الثوريوم هو مفتاح تطوير جيل جديد من الطاقة النووية الأكثر نظافة وأمانًا. في عام 2011، قامت مجموعة من العلماء في معهد جورجيا للتكنولوجيا بتقييم طاقة الثوريوم النووية ووصفها أنها «حل لأكثر من 1000 عام من الاستخدام أو جسر لطاقة ذات انبعاثات كربونية منخفضة ومصادر طاقة مستدامة حقًا ما سيحل جزءًا كبيرًا من التأثير البيئي السلبي للبشرية». مع ذلك، فإن تطوير طاقة الثوريوم يكلف الكثير في البداية. إن تطوير مفاعلات الاستنسال بشكل عام (بما في ذلك مفاعلات الثوريوم، التي تعد بطبيعتها مفاعلات استنسال) سيزيد من مخاوف انتشار الأسلحة النووية.
بعد دراسة جدوى استخدام الثوريوم، اقترح العالمان النوويان رالف دبليو. موير وإدوارد تيلر ضرورة إعادة تنشيط أبحاث الثوريوم النووية بعد ثلاثة عقود من توقفها، وأنه يجب بناء نموذج أولي لمحطة صغيرة.