Nhờ vậy, tàu sân bay hạt nhân (ký hiệu là phân loại là CVN) có thể hoạt động trên biển gần 30 năm hoặc lâu hơn mà không cần tiếp nhiên liệu. Thực ra, chúng có xu hướng tiếp nhiên liệu khi gần đạt 20 năm và vì thủy thủ đoàn cần thêm quân nhu dự phòng, chúng phải cập cảng thường xuyên hơn nữa. Chưa kể những nhiệm vụ quân sự cũng không kéo dài lâu tới vậy.

Động cơ dùng năng lượng hạt nhân không thải ra loại khí độc nào và thứ duy nhất thoát ra từ các trục tua-bin của chúng là hơi nước. Lò phản ứng hạt nhân trên tàu sử dụng nhiệt lượng sinh ra từ lõi lò để tạo ra hơi nước áp suất cao. Hơi nước này di chuyển qua các tua-bin chính để làm quay các chân vịt, đồng thời cũng đi qua các tua-bin máy phát điện để cấp điện cho phần còn lại của tàu từ đèn đuốc, bếp ăn cho tới thông tin liên lạc.

Vì là hệ thống khép kín nên cùng lượng nước đó sẽ được tái sử dụng liên tục qua nhiều năm, tới khi lõi lò chứa quá nhiều chất phóng xạ để được coi là an toàn.

Lò phản ứng của Charles de Gaulle – tàu sân bay hạt nhân duy nhất của Pháp.

Các tàu sân bay cũ phải cập cảng để tiếp nhiên liệu thường xuyên hơn nhiều so với tàu hạt nhân hiện đại vì chúng chạy bằng động cơ diesel, mà dầu diesel bị tiêu hao do phải đốt cháy để tạo lực đẩy. Động cơ diesel có một số lợi ích so với năng lượng hạt nhân, như chi phí thấp hơn và tốt hơn cho môi trường trong dài hạn vì chất thải hạt nhân có thể gây hại trong hàng ngàn năm.

Động cơ diesel khẩn cấp của tàu sân bay hạt nhân USS John F. Kennedy.

Hoạt động tiếp nhiên liệu cho tàu sân bay không đơn giản như đổ xăng cho xe hơi hay tiếp dầu cho chiến đấu cơ. Đó là một quá trình phức tạp mang tên RCOH (Refueling Complex OverHaul), kéo dài 2 hoặc thậm chí 3 năm tùy thuộc vào mức độ công việc phải thực hiện. Chẳng hạn với USS George Washington (CVN-73), từng chút một của tàu đều được nâng cấp và sửa chữa.